WO2003060364A1 - Method and system for propelling a sliding body by means of a bi-directional, linear magnetic drive - Google Patents

Method and system for propelling a sliding body by means of a bi-directional, linear magnetic drive Download PDF

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WO2003060364A1
WO2003060364A1 PCT/EP2002/000471 EP0200471W WO03060364A1 WO 2003060364 A1 WO2003060364 A1 WO 2003060364A1 EP 0200471 W EP0200471 W EP 0200471W WO 03060364 A1 WO03060364 A1 WO 03060364A1
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WO
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thrust body
anchor ring
actuator
holding structure
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PCT/EP2002/000471
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Hans-Joachim Krokoszinski
Andreas Kahnert
Wolfgang Waldi
Rolf DISSELNKÖTTER
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Abb Patent Gmbh
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Priority to US10/895,194 priority patent/US6933639B2/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/18Machines moving with multiple degrees of freedom

Definitions

  • the invention relates to a method for driving a thrust body by a bidirectional linear magnetic drive and an arrangement for carrying out the method according to the invention.
  • throttle valves in such bores are today mostly driven by hydraulic systems. These can apply the high required actuating forces of approx. 25000 N and carry out the actuating movement of typically 200mm.
  • the Druckfluidversorgu ⁇ g is particularly difficult in multilateral holes with branches in the side arms.
  • Long oil supply lines for this hydraulic system with temperature differences must be mastered: for example, typical temperature values are 200 ° C in a deep well, 4 ° C on the seabed and -20 ° C at the production site or production platform. These temperature differences cause uneven material stretching, which is a common cause of breakdowns.
  • a conventional actuator for such a throttle valve typically has no more than five positions, namely closed, 1 ⁇ open, V2 open,% open and open, so that only a correspondingly rough regulation is possible.
  • a lifespan of at least ten years and high reliability are often required in such applications.
  • the object of the invention is to provide a method of the type mentioned which drives a thrust body without limiting the thrust path and thereby realizes high thrust forces such as are required, for example, for adjusting a valve in deep holes for oil production. Furthermore, it is the object of the invention to provide an arrangement for carrying out the method according to the invention, which works with high reliability and service life and has a simple and robust construction.
  • the drive power is advantageously supplied electrically and is free from the usual mechanical risks of power transmission lines in a hydraulic system.
  • the method makes it possible to move a thrust body in any number of individual steps, for example 1 mm or 2 mm in length. This enables precise control, for example of a valve, according to the step length of a single step, if the thrust body is used as an actuator of the valve.
  • a particular flow through a pipeline can be set in a particularly simple manner in this way by the thrust body causing a correspondingly exact, predetermined valve position.
  • the bidirectional linear magnetic drive is then operated as a drive for a flow control valve.
  • An advantageous embodiment of the method can consist in the fact that the anchor ring or the at least one second actuator cooperates with a latching device in such a way that the pushing body is at least locally fixed by the latching device when the anchor ring does not act on the pushing body.
  • This configuration achieves a particularly simple drive and simple coordination of the work steps of the latching device and the anchor ring or the at least second actuator.
  • the method according to the invention is advantageously simplified if the latching device carries out at least one rotary movement in order to temporarily fix the thrust body locally. In this way it is achieved that the locking device and the at least one anchor ring essentially only perform rotary movements about the longitudinal axis.
  • the latching device can also be moved by at least a third actuator and can then advantageously be controlled independently.
  • An advantageous embodiment of the method is achieved if the thrust body is positively loaded by the at least one first actuator. The axial force transmission between the at least one anchor ring and the thrust body is thereby made possible in a simple manner.
  • a further embodiment of the method according to the invention is characterized in that the at least one anchor ring cooperates with the thrust body by rotating the at least one anchor ring in a direction of rotation about the longitudinal axis, and in that the latching device brings about a latching which fixes the thrust body in each case until the at least one first actuator acts on the thrust body again.
  • the at least one second actuator must drive the at least one armature ring in only one direction of rotation.
  • Another embodiment of the method provides that the at least one anchor ring cooperates with the thrust body by rotating the at least one anchor ring alternately in the directions of rotation about the longitudinal axis, and that the latching device brings about a latching, which fixes the thrust body in each case until the at least one first actuator acts on the thrust body again.
  • the anchor ring rotates in the preceding movement step in the opposite direction to its direction of rotation with each rotary movement.
  • the process can be ended in a simple manner when a certain switch-off criterion is reached. If, for example, a certain number of shift steps are reached after the start of the method, the method is ended.
  • the accumulated total displacement of the thrust body can be easily from the number of Ver ⁇ slide steps and determine the individual to Verschiebeuzee ⁇ assigned shift lengths.
  • a limit switch advantageously generates such a signal when a certain position of the thrust body is reached.
  • a useful signal for switching off can also be a corresponding signal from a corresponding distance measurement.
  • an arrangement for carrying out the method according to the invention for driving a thrust body by means of a bidirectional linear magnetic drive has at least one first and one second actuator each, the at least one first actuator having at least one yoke, at least one coil and has at least one anchor ring and is provided for essentially axial movement of the thrust body, the distance between the at least one yoke and the at least one anchor ring being formed as an active air gap, the at least one anchor ring being provided for cooperation with the thrust body, the at least second actuator is provided at least for rotating the at least one anchor ring, and a latching device is provided for temporarily fixing the thrust body.
  • the required drive energy is provided by an electric drive with a small number of moving components. It is thus achieved that the arrangement according to the invention is correspondingly insensitive to malfunctions in the event of changes in the ambient conditions, requires little maintenance, is robust and operates with high reliability.
  • An advantageous embodiment of the arrangement is provided if the surface of the thrust body is at least partially provided with a holding structure in the area of the surface facing the at least one anchor ring, and if the at least one anchor ring on the surface facing the push body is provided with a counter structure compatible with the holding structure that fits into the holding structure by turning around the longitudinal axis of the anchor ring.
  • the thrust body has a cylindrical basic shape. This basic shape favors the rotary movements and simplifies the construction of the anchor ring and its connection to the thrust body.
  • a tubular basic shape of the thrust body is also advantageous because this shape is often required, particularly in boreholes for the extraction of raw materials.
  • an outer production pipe together with a transport pipe guided in it forms an annular space in which the components required in the borehole are accommodated. It is therefore advantageous to make the thrust body tubular.
  • the holding structure has first recesses parallel to the axis.
  • the axial movement of the counter structure can take place in these first recesses.
  • These first Ausappelunge ⁇ are often made advantageously grooves or slots from a manufacturing point of view.
  • the holding structure has second recesses in the radial direction, for example also in the form of grooves or slots.
  • the counter structure engages in the second recesses due to the rotary movement.
  • the entire drive power of the bidirectional linear magnetic drive is transmitted via the counter structure into the holding structure on the thrust body or vice versa.
  • the holding structure and the counter structure are particularly mechanically stressed and must be designed accordingly, optionally with materials other than the holding structure or the counter structure.
  • a counter structure and holding structure made of stainless steel has proven to be advantageous. Stainless steel is only weakly magnetic and is therefore unsuitable as a material for the at least one anchor ring.
  • a counter structure, which is made of stainless steel, is firmly connected to the at least one anchor ring according to the invention. Then the advantages of the magnetic material and the advantageous mechanical properties of the stainless steel are combined with one another for this configuration of the at least one anchor ring.
  • a nut or reversing nut is particularly advantageously used as the counter structure.
  • the counter structure can also be molded onto the at least one anchor ring.
  • the location of the point at which the holding structure and the counterstructure interlock play only a subordinate role can, at least partially, be provided outside the section of the longitudinal axis, for example according to the available space, in which the at least one anchor ring is provided.
  • the number of first actuators can advantageously be increased.
  • the anchor rings are then arranged in such a way that they jointly transmit or absorb forces to the thrust body.
  • the design of the first actuators can therefore remain the same.
  • a restricted space or annular space for the drive is advantageously taken into account in this way. Only the number of the first actuators has to be adapted to the drive requirement. There is therefore advantageously no restriction of the maximum thrust force on the part of the first actuators.
  • Redundancies can also be designed in a particularly simple manner.
  • the number of required first actuators is simply selected first. Accordingly, there is redundancy if the selected number of first actuators is selected to be at least one higher than is required by design. The redundancy increases accordingly if the number of first actuators is increased further. If electrical redundancy is required, the number of first actuators must also be increased beyond the number required by design, which is easily possible in the same way.
  • the locking device is mechanically coupled to the rotary movement of the at least one anchor ring.
  • the coupling takes place, for example, mechanically to at least one anchor ring or to the at least one second actuator.
  • the latching device advantageously also moves automatically into a position in which an axial movement of the thrust body is made possible. If the counter-structure then rotates out of the holding structure again, the latching device also moves with it and arrives in a different position in which axial movement or provision of the thrust body is prevented.
  • Another possibility is a separate drive for the locking device by means of at least one third actuator. Then there are inevitably a total of at least three actuators or drives.
  • all actuators are redundant, for example the latching device is equipped with redundant second actuators and the at least one armature ring is equipped with redundant first actuators.
  • the position of the thrust body can advantageously also be made visible by means of a display.
  • the signals received by such a display are generated by a pedometer, a displacement transducer or other signal transmitters which are suitable for measuring, determining or calculating positions. Since the bidirectional linear magnetic drive is also used in particular under extreme environmental conditions, the first, second and possibly the third actuators are advantageously encapsulated in such a case.
  • a movable sealing wall for encapsulation proves to be favorable according to the invention.
  • the pressure difference between the encapsulated area and the surroundings can then be compensated for by the movement of an almost rigid or expansion of a flexible or stretchable sealing wall.
  • the penetration of dirt particles or an aggressive medium into the bidirectional linear magnetic drive is avoided in this way.
  • the sealing wall is almost rigid and inflexible, it can be made movable overall by moving it on a sliding surface, for example parallel to the longitudinal axis, and optionally guiding it. Then a sliding seal between the movable sealing wall and the sliding surface proves to be useful equipment to prevent dirt from entering the encapsulated area, but at the same time to allow the movement of the sealing wall.
  • the expansions or the necessary movements of the sealing wall become particularly small if, according to the invention, the encapsulation, that is to say the entire encapsulated area, is filled with a liquid medium.
  • a high-temperature-resistant oil is advantageously used in the capsule because, in addition to the pressure, it can also withstand the often high temperatures.
  • the permanent magnets used in the actuators, in particular in the at least first actuators are preferably made of hard magnetic material in order to obtain the widest possible hysteresis loop. AINiCo is particularly suitable as a hard magnetic material.
  • the Curie temperature of the hard magnetic materials used has values which are higher than 600 ° C. in order to avoid demagnetization or a short service life.
  • the at least one armature ring and the yoke of the first actuators are made of soft magnetic materials, in particular also RNi12. These materials reduce magnetization losses and achieve an advantageously high saturation induction.
  • a particularly compact design of the power supply is achieved if only one power supply unit supplies the existing drives with power.
  • a power supply unit then supplies, for example, the at least one first actuator and a further power supply unit the at least one second actuator for the rotary movement and so on.
  • each first, second or third actuator receives a power supply unit which is assigned only to it. This increases the security of the power supply, thus reducing the probability of failure.
  • Redundancy also makes sense for the network devices. Accordingly, there will be at least one more power supply unit than is necessary from the electrical design point of view. If a power supply unit fails, also temporarily, for example due to overheating, can switch a control device to the redundant power supply. Continued operation without interruptions is guaranteed.
  • control device can coordinate all movement sequences of the actuators and components of the arrangement.
  • the control device is also advantageously equipped when signals are generated or processed and calculations are carried out by the latter.
  • FIG. 1 is a sketchy sectional view of the area around an air gap
  • FIG. 2 is a longitudinal section through an arrangement of first actuators
  • 3 is a view of a section through the plane AA through a first actuator
  • FIG. 6 shows a three-dimensional view of a magnetic drive of a detent element
  • Fig. 7 is a view of a longitudinal section through an exemplary arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 shows a sketchy sectional view of the area around an air gap 24 between a yoke 20 and an armature 22 of an air gap area 10 in a bidirectional magnetic drive.
  • the armature 22 and the yoke 20 have the material thicknesses 26, specifically in the direction of their expansion between the correspondingly assigned upper sides 28 and 30 and their lower sides 32 and 34, respectively.
  • the flat side surfaces, to be seen as side lines in FIG. 1, of the yoke 20 and of the armature 22, which face each other, are at a constant distance 36 and have an angle to the perpendicular of the upper sides 28, 30.
  • the side lines of the opposite side surfaces have a length 40, which is by the factor of the reciprocal of the cosine of the angle (greater than the material thickness 26 of the yoke 20 or the armature 22).
  • a maximum thrust path 42 in the direction of the spatial position of the upper sides 28, 30 results as the constant distance 36 of the opposite side surfaces multiplied by the factor of the reciprocal of the cosine of the angle ⁇ , so FIG. 1 shows the position of the yoke 20 and the armature 22 relative to one another at which they are at a maximum distance from one another the magnetic force between the yoke 20 and the armature 22 decreases.
  • the angle ⁇ can be selected by a suitable choice e force effect can be at least partially compensated for.
  • the maximum force is at an angle ⁇ of 0 ° or close to this value. If you choose a value greater than 42mm for the maximum thrust stroke, the particularly favorable value of the angle ⁇ rises to 45 °, possibly also to even higher values.
  • Fig. 2 shows a sectional view longitudinally through four first actuators 11, 12, 13, 14 of a bidirectional magnetic drive, which are arranged in an annular space between an outer tube, for example a borehole tube, and an inner tube 46, for example a production tube.
  • the axis of symmetry of the rotationally symmetrical arrangement is shown as the line of symmetry 48 of the longitudinal section.
  • the inner tube 46 has an outer diameter 50.
  • the inside width of a transport tube 52 is just slightly larger than the outer diameter 50 and the surface facing the inner tube, the inside, is designed to be smooth so that it can be moved on and over the inner tube 46 .
  • the outside of the transport tube 52 has a holding structure 54 which has transverse grooves 56 with a rectangular profile in the radial direction and longitudinal grooves in the axial direction, which are not shown, however.
  • a counter-structural element 58 engages in the holding structure of the transport tube 52.
  • the sectional view shows that the contours of the counter-structural element 58 facing the transport tube are precisely matched to the holding structure 54 and therefore the Cross grooves 56 in this area are completely filled with the counterstructure element 58.
  • the structural element 58 is essentially a tube section whose surface, which faces the holding structure 54, is contoured as described, is smooth on its outer jacket side and is connected to each of the anchor rings 62 of the first actuators 11, 12, 13, 14.
  • the anchor rings 62 of the first actuators 11, 12, 13, 14 are ultimately non-positively connected to one another by means of the counter-structure element 58 and in this way form a jointly acting overall anchor ring. It is easily conceivable that, instead of the overall anchor ring formed with the anchor rings 62 and with a counter-structural element 58, such an overall anchor ring is provided from one element.
  • All four first actuators 11, 12, 13, 14 are of identical design and are arranged close to one another, completely taking up the available annular space between the outer tube 44 and the transport tube 52.
  • the first actuators 11, 12, 13, 14 is accordingly of a ring-shaped, concentric and symmetrical design with respect to a line of symmetry 48.
  • An essential element of a first actuator 11, 12, 13 or 14 is a yoke ring 60, which is designed as a hollow body, and in this way forms the outer shell of the first actuator 1 1, 12, 13 or 14.
  • the further yoke 60 also forms the lateral boundary between the inside of the first actuator 11, 12, 13 or 14 and the surrounding annular space.
  • the further yoke ring 60 is chamfered on both side parts pointing in the axial direction on the side facing the transport tube 52 at an angle of approximately 45 ° to the center of the inside of the first actuator 11, 12, 13 or 14. This phase begins at a distance of approximately a quarter of the annulus height from the inner diameter of the first actuator 11, 12, 13 or 14.
  • the outer shell formed by the further yoke ring 60 is only open at one point, namely on the surface facing the transport tube 52. In this area there is an opening which is ring-shaped due to the geometry and is delimited by the chamfered flanks of the yoke ring side regions. In this opening, the armature ring 62 of the first actuator 11, 12, 13 or 14 is fitted in an annular manner. A small gap 64, 65 is present between the armature ring 62 and the flanks of the yoke ring 60.
  • gaps 64, 65 enable the movement of the armature ring 62 in the axial direction and the length of the path between the armature ring 62 and yoke ring 60 in the axial direction determines the maximum executable movement step of the first actuator 11, 12, 13 or 14.
  • the armature ring 62 is formed symmetrically to an imaginary plane of symmetry, which extends exactly centrally in the respective first actuator 11, 12, 13 or 14 in the axial direction and is perpendicular to the line of symmetry 48.
  • the anchor ring 62 has on its side facing the transport tube 52 two shaped parts 66, 67 which have approximately the shape of a 90 ° bend and are arranged such that one leg of the shaped part lies in the plane of symmetry and the other leg, which is level End surface ends, protrudes vertically from the plane of symmetry.
  • a permanent magnet ring 68, 69 Between each end surface and the respective side wall of the corresponding half of the yoke ring 60 there is a permanent magnet ring 68, 69, which has an almost square shape in the sectional view in FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a view of a section through the plane A-A through the first actuator 13.
  • the position of the plane A-A can be seen from FIG. 2.
  • All the components shown are arranged around a common center 80, the intersection of the line of symmetry 48 with the section plane A-A.
  • the individual components can be seen in this view essentially as annular surfaces between the inner tube 46 and the outer tube 44. The width of the individual ring surfaces are selected in accordance with the design of the components from FIG. 2.
  • the sectional view of the outer tube 44 is shown as the outermost, first ring. This is followed from the inside outwards by the ring surfaces of the yoke ring 60, the coil 72, a first ring gap 82, the permanent magnet ring 68, a second ring gap 84, again the yoke ring 60, the transport tube 52 and the inner tube 46.
  • FIG. 4 shows a three-dimensional view of an embodiment of an arrangement according to the invention.
  • This embodiment of the arrangement is intended for use in an oil source and drives a throttle valve 90, which limits the flow of oil through a production pipe 92, which is only shown in the area of the arrangement and the throttle valve.
  • the production pipe 92 is provided at its end in the direction of the oil well with recesses 94 in a square shape, which extend over the entire circumference of its lateral surface of the production pipe 92 are distributed.
  • the recesses 94 are arranged in rows along the axis of symmetry of the production tube 94 and still protrude into the region of the throttle valve, so that part of the recesses 94 is covered and the recesses 94 are partially covered in the region of the end of the throttle valve. In this way, unclosed recesses 94 allow a certain oil flow from the environment through the recesses 94 into the interior of the production tube 92.
  • the throttle valve 90 essentially has a pipe section 96 which is arranged displaceably above the production pipe 92.
  • the pipe section 96 has a clear width that fits just over the production pipe 92. This enables on the one hand the axially parallel displacement of the pipe section 96, on the other hand it prevents oil flow through the recesses 94 which are covered by the pipe section 96.
  • the pipe section 96 is selected to be at least so long that, in the fully closed position of the throttle valve 90, it covers all of the recesses 94 and prevents oil flow through the recesses 94.
  • the pipe section 96 is connected to a tubular thrust body 100 by means of two connecting elements 98, one of which is visible. Each axial displacement of the thrust body 100 is mechanically transmitted through the connecting elements 98 to the pipe section of the throttle valve 90.
  • Six holding structure elements 102 are evenly distributed over the circumference of the thrust body 100, two of which are visible in this view.
  • the holding structure elements 102 are mounted on the outer circumferential surface of the thrust body 100, have a width corresponding to approximately 20 degrees of the circumference of the thrust body 100 and are parallel to the axis of symmetry of the thrust body and begin or end at a distance from the thrust body ends that is approximately twice that Distance corresponds to its width.
  • the view of the arrangement also shows a detent cladding tube of a catch 104 and a cladding tube 106 for the first actuators 11, etc., which are tubular as an outer housing, have the same outer diameter and are joined to one another by interposing a sealing element 108. The same outside diameters are adapted to a well pipe, not shown.
  • the notch 104 and its at least one second actuator are provided as a drive, the notch 104 being located on the side of the thrust body 100 used for the throttle valve 90.
  • the thrust body 100 protrudes by the amount of approximately one of its outer diameters longer than the sum of the lengths of the notch cladding tube and cladding tube 106 and is arranged approximately centrally around the catch 104 and the first actuators of the bidirectional linear magnetic drive, so that the thrust body 100 has the two end faces of the entire body protrudes from the catch 104 and the first actuators.
  • FIGS. 5A to 5F show sketches that correspond to different steps of the method according to the invention. They show a simplified representation in a flat development of the section through the counter-structure of the structural element 58 and through the holding structure 54 of the transport tube 52. For illustration purposes, an axis cross is shown on the sketches. Its cartesian coordinate axes are aligned so that a vector points to the right in the x-axis direction, corresponding to the radial direction, and a vector points upwards in the y-axis direction, corresponding to the axial direction.
  • the transport tube 52 has first recesses 110 in the x-axis direction and second recesses 112 in the y-axis direction on its outer lateral surface.
  • the webs 114 formed by the first and second recesses 110, 112 together form the holding structure 54.
  • the second recesses 112 are arranged parallel to the central axis of the transport tube 52 and have the first width 116.
  • the second width 118 determined by the second recess 112 are evenly subdivided by the first recesses 110 so that webs 114 have a rib-like shape, the first recess 110 between two adjacent webs 114 having a fifth width 130 which is a small amount greater than the web thickness 122 of the webs 114 A rib-like web 114 of web thickness 122 could therefore move straight into the x direction into a first recesses 110 of the width BQ.
  • each of the rib-like webs 114 has rounded edges, in this view the corners of the webs 114.
  • the first width 116 the second extension Recesses 112 is a small amount larger than the second width 118 of the webs 114. An object of the second width 118 can therefore just move in a second recesses 112 in the y direction.
  • the structural element 58 of the anchor ring 62 has a similar structure to its counter-structure, with the same dimensions as the elements of the holding structure 54 of the transport tube 52, two longitudinal grooves 124, 125 in the y direction having the fourth width 126, which corresponds to the first width 116, the Structural element webs 128 have the fifth width 130, which correspond to the second width 118, the structural element webs 128 have the structural element web thickness 132, which corresponds to the web thickness 122, and wherein a transverse groove 136 has a sixth width 134, which is accordingly equal to the third width 120 is.
  • Eight webs 114 or structural element webs 128 are shown for each row of webs. For a better distinction between the webs 114 and the structural element webs 128, the cut surfaces of the structural element webs 128 are shown in a homogeneously dark manner.
  • the representation of the structural element 58 begins at the zero point of the coordinate system in such a way that a row of the structural element webs 128 with their respective left boundaries just touches the y-axis and the lowest of the structural element webs 128 with its lower boundary just touches the x-axis, the longer sides of the structural element webs 128 are parallel to the x axis.
  • the row of webs 114 closer to the y axis is arranged centrally in the longitudinal groove 124 between the two rows of structural element webs 128.
  • the webs 114 and the structural element webs 128 are offset from one another in the y direction so that the structural element webs 128 are exactly at the level of the first recesses 110.
  • the two of the webs 114, which are closest to the x axis, start offset at a distance of a third width 120 from the x axis in the positive y direction.
  • the anchor ring and thus the counter structure is rotated about its axis by a certain angle, for example by 5 °.
  • This direction should be the positive direction of rotation.
  • FIG. 5B shows the result of the described shift, which is shown as the first movement arrow 138.
  • the structural element webs 128 are completely in engagement between the webs 114, that is to say in each case in one of the first recesses 110. Only the two of the structural element webs 128 that are closest to the x-axis do not border on any web 114 on your side that points to the x-axis.
  • This arrangement according to the invention creates a type of toothing in which, in this position, the structural element 58 and the holding structure 54 engage in one another such that axial forces, that is to say forces acting in the y-axis direction, are transmitted from the structural element 58 to the holding structure or vice versa.
  • the longitudinal grooves 124, 125 are completely free of webs 114.
  • the structural element 58 is now moved by the bidirectional linear magnetic drive by one movement step in the y-axis direction according to the inventive method. Ultimately, this also moves the thrust body, here the transport tube 52 in the example in the direction of the y axis.
  • FIG. 5C shows the position of structural element 58 and holding structure 54 after this movement step, which is shown as second movement arrow 140.
  • the structural element 58 has been moved by the sum of the third width 120 and the web thickness 122.
  • the holding structure 54 which is in engagement with the structural element 58 has accordingly also been moved by the same amount.
  • the distance between the x-axis and the lowest of the webs 114 has also increased accordingly.
  • the achieved axial position of the holding structure 54 is now secured by at least one catch, which can also be understood to mean a locking device, a bolt and a similar device which in any case prevents the position once reached from being left in the y direction, and the is connected to the holding structure 54 or the thrust body, that is to say the transport tube 52 in the selected example, in such a way that the forces which the holding structure 54 exerts into the would reset gear position to which detents are forwarded.
  • the catch can transmit these forces introduced to, for example, the outer tube 44 and / or the inner tube 46 and can be supported there, so to speak.
  • the catch or locking device is not shown in this figure.
  • the holding structure 54 therefore removes any restoring forces that are present above the catch and cannot be moved back into the previous position.
  • the structural element 58 is rotated back by the specific angle, that is to say, for example, by 5 ° in the negative direction of rotation.
  • FIG. 5D shows the position of the webs 114 and of the structural element webs 128 after this turning back, which is represented by the third movement arrow 142.
  • the counter-structure is moved exactly back to its starting position in the direction of the x-axis, so the structural element webs 128 of the left row just touch the y-axis with their extreme left edges.
  • the position of the structural element webs 128 in the y direction is as in FIG. 5C.
  • the structural element 58 is in turn located in the longitudinal grooves of the holding structure 54 and is thus freely movable in the direction of the longitudinal groove, that is to say the y direction.
  • the position of the holding structure 54 is unchanged as described in FIG. 5C.
  • the structural element 58 and the holding structure 54 have now disengaged again, the structural element is moved downward in the longitudinal groove of the holding structure 54 by the anchor ring of the bidirectional linear magnetic drive, that is to say in the negative y direction, until it reaches its starting position according to FIG. 5A is.
  • FIG. 5E shows the position of the structural element 58 and of the holding structure 54, the method step just described being indicated by a fourth movement arrow 144.
  • the structural element 58 is in its starting position, as described in FIG. 5A, and thus again in the position in which the method can start again with its first method step.
  • the holding structure 54 is exactly one web thickness 122 in comparison to the position described in FIG. 5A. like a third width 1 0 shifted in the positive y-axis direction compared to its starting position according to FIG. 5A. This measure corresponds exactly to the length of a movement step of the bidirectional linear magnetic drive.
  • the structural element webs 128 and the webs 114 are accordingly in turn offset from one another in such a way that the webs 114 are exactly at the level of the transverse grooves 136.
  • the rotary movement can now again take place by the specific angle.
  • the structural element 58 rotates into the holding structure 54 according to the method. Both structures are now involved again.
  • 5F shows the position of the structural element 58 and of the holding structure 54 after the movement step just described, which is indicated by a fifth movement arrow 146.
  • the sketch is therefore essentially the same as that of FIG. 5B with the difference that the holding structure 54 is offset in the y-axis direction by the length of one movement step.
  • a step counter counts each cycle of the method and ends the feed after a predetermined number of steps or cycles.
  • FIG. 6 shows a three-dimensional view of a second actuator of a catch element 150, obliquely into a circular pipe section end 154 of an outer pipe section 152, the latter limiting the catch element 150 in its radial extent as a sheathing.
  • Recesses are arranged approximately centrally in the side parts of the support elements 156 and are arranged in such a way that an annular magnetic core 158 extends through each of the recesses, and thus the support elements 156 are evenly distributed on the magnetic core 158.
  • a tubular arc-shaped coil 160 is arranged on the partial area of the magnetic core 158 there, which in this view touches the left side of the right of the adjacent support elements 156 and up to a distance of approximately 5 ° Circular arc on the left of the adjacent support elements.
  • the coils, which together with the magnetic core 158 form a magnetic drive, can also move the support elements 156 located on the magnetic core 158 at exactly this 5 °.
  • the support elements 156 furthermore each have an outer support surface 162 which is flat, begins at the outer radial region of the support element 156 and is arranged on the side facing away from the outer tube section 152.
  • an inner support surface 164 is arranged which is flat and is in contact with the end face of a nut 166.
  • the nut 166 has an internal thread, which has longitudinal grooves running parallel to the axial direction of the outer tube section 152, and which thereby makes it possible to screw in a thrust body there, but also to use this catch element 150 for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 7 shows the view of a longitudinal section through an exemplary arrangement 168 of a bidirectional magnetic drive according to the invention.
  • a line of symmetry 170 can be seen which divides this view into two halves, one half of which is shown completely.
  • a threaded tube 174 of a first length 176 is arranged around a tube 172.
  • the threaded tube 174 has a surface structure 178, have the recesses, which are parallel to the line of symmetry 170, which are shown, as well as thread-like recesses, which are not shown for the sake of clarity.
  • a drive 180 according to the invention is arranged around the threaded pipe 174 and is essentially arranged in a circumferential annular space between a tubular outer housing 182 and the threaded pipe 174.
  • the structure of the drive 180 is seen symmetrically from the end faces of the outer housing 182. Seen from an end face 184, the annular gap between the outer housing 182 and the threaded tube 174 is almost completely closed by an annular cover 186.
  • a support ring 188 is arranged at the contact point between the cover 186 and the outer housing 182.
  • the symmetrically arranged second support ring on the other side of the symmetry of the drive 180 is designed as a clamping ring in order to clamp the components located between the two support rings together.
  • a contact element 190 is arranged in contact with the support ring 188 and in this view is essentially U-shaped, the open side facing the threaded tube 174.
  • a locking element 192 is arranged, which serves as a catch for a direction of movement of the threaded tube 174, for example as a backstop.
  • the symmetrically present second locking element is provided as a detent for the opposite direction of movement of the threaded tube 174, accordingly in the example as an advance lock.
  • the structure of the locking element 192 and the second locking element corresponds essentially to the coil 160 on the magnetic core 158 from FIG. 6.
  • An actuator component 194 connects to the outside of the leg of the connecting element 190 facing away from the support ring 188. Knowing the basic structure of the actuator 1 according to FIG. 2, its individual elements can be functionally recognized in the actuator component 194, a coil element 196 corresponds to one of the coils 72 to 75, a permanent magnet element 198 corresponds to a permanent magnet ring 68 or 69, an armature element 200 corresponds to this Anchor ring 62 and a yoke element 202 correspond to yoke ring 60.

Abstract

The invention relates to a method for propelling a sliding body (100) by means of a bi-directional, linear magnetic drive (180) comprising at least one first actuator (11, 12, 13, 14) and a second actuator. The first actuator(s) (11, 12, 13, 14) is/are provided with at least one coil (72, 73, 74, 75) and a yoke (20, 60) and interact(s) with at least one armature ring (22, 62), which subjects the sliding body (100) to an alternating motion, the sliding body (100) being axially displaced and then locally locked by the armature ring or rings (22, 62), which is or are rotated by the impingement of the second actuator(s). Said sliding body (100) is displaced in stages in this manner until it has reached its respective final position. The invention also relates to a system for carrying out said method.

Description

Verfahren und Anordnung zum Antrieb eines Schubkörpers durch einen bi direktio- nalen linearen Magnetantrieb Method and arrangement for driving a thrust body by means of a bi-directional linear magnetic drive
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antrieb eines Schubkörpers durch einen bidirektionalen linearen Magnetantrieb sowie eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a method for driving a thrust body by a bidirectional linear magnetic drive and an arrangement for carrying out the method according to the invention.
Bei Bohrungen in sehr großen Tiefen, z.B. Ölbohrungen, werden besondere Anforderungen an die verwendeten Komponenten und Systeme gestellt: Temperaturen von bis zu 225°C, Drücke bis 700bar sowie korrosive Atmosphäre verursachen extreme Auslegungsbedingungen für die eingesetzte Technik. Der zur Verfügung stehende Raum für eine Komponente ist durch das Produktions- beziehungsweise Förderrohr gegeben und begrenzt daher die Möglichkeiten bei der Konstruktion dieser Komponente.For drilling at very great depths, e.g. Oil drilling places special demands on the components and systems used: temperatures of up to 225 ° C, pressures up to 700 bar and corrosive atmosphere cause extreme design conditions for the technology used. The space available for a component is given by the production or conveyor pipe and therefore limits the possibilities for the construction of this component.
Deshalb werden beispielsweise Drosselventile in solchen Bohrungen heute meistens mit Hydrauliksystemen angetrieben. Diese können die hohen erforderlichen Stellkräfte von ca. 25000 N aufbringen und die Stellbewegung von typischerweise 200mm ausführen. Schwierig ist die Druckfluidversorguπg insbesondere bei multilateralen Bohrungen mit Verzweigungen in Seitenarme. Lange Ölversorgungsleitungen dieser Hydraulik mit Temperaturunterschieden sind zu beherrschen: beispielsweise sind typische Temperaturwerte 200°C in einer Tiefbohrung, 4°C am Meeresboden sowie -20°C an der Förderstelle oder Förderplattform. Diese Temperaturdifferenzen verursachen ungleichmäßige Materialdehnungen, die häufiger Grund für Betriebsstörungen sind.For this reason, throttle valves in such bores are today mostly driven by hydraulic systems. These can apply the high required actuating forces of approx. 25000 N and carry out the actuating movement of typically 200mm. The Druckfluidversorguπg is particularly difficult in multilateral holes with branches in the side arms. Long oil supply lines for this hydraulic system with temperature differences must be mastered: for example, typical temperature values are 200 ° C in a deep well, 4 ° C on the seabed and -20 ° C at the production site or production platform. These temperature differences cause uneven material stretching, which is a common cause of breakdowns.
Ein üblicher Stellantrieb für ein solches Drosselventil hat typischerweise nicht mehr als fünf Stellungen, nämlich geschlossen, 1Λ offen, V2 offen, % offen sowie offen, so daß nur eine entsprechend grobe Regelung ermöglicht ist. Außerdem wird bei solchen Anwendungen häufig eine Lebensdauer von wenigstens zehn Jahren sowie eine hohe Zuverlässigkeit gefordert.A conventional actuator for such a throttle valve typically has no more than five positions, namely closed, 1 Λ open, V2 open,% open and open, so that only a correspondingly rough regulation is possible. In addition, a lifespan of at least ten years and high reliability are often required in such applications.
Wenn hier zur besseren Regelfähigkeit elektrische Antriebe eingesetzt werden, beispielsweise Schrittmotoren, kann die erforderliche Antriebskraft aufgrund des knappen Raumangebotes in der Bohrung nur über ein Getriebe aufgebracht werden. Die Anzahl der Bauteile, insbesondere die der beweglichen Teile, die dieses Antriebssystem besitzt und wirkt sich allerdings negativ auf die Zuverlässigkeit dieser Antriebsalternative aus.If electrical drives are used here, for example stepper motors, for better controllability, the required driving force can only be applied via a gear due to the limited space available in the bore. The number of components, especially those of the moving parts, that this drive system has and has a negative impact on the reliability of this drive alternative.
Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das einen Schubkörper ohne verfahrenstechnische Begrenzung des Schubweges antreibt und dabei hohe Schubkräfte realisiert, wie sie beispielsweise zum Verstellen eines Ventils in tiefen Bohrungen zur Ölförderung erforderlich sind. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßeπ Verfahrens bereitzustellen, die mit hoher Zuverlässigkeit und Lebensdauer arbeitet und einen einfachen und robusten Aufbau aufweist.The object of the invention is to provide a method of the type mentioned which drives a thrust body without limiting the thrust path and thereby realizes high thrust forces such as are required, for example, for adjusting a valve in deep holes for oil production. Furthermore, it is the object of the invention to provide an arrangement for carrying out the method according to the invention, which works with high reliability and service life and has a simple and robust construction.
Diese Aufgaben werden durch das Verfahren gemäß der im Anspruch 1 genannten Merkmale sowie durch die Anordnung mit den in Anspruch 8 genannten Merkmalen gelöst.These objects are achieved by the method according to the features mentioned in claim 1 and by the arrangement with the features mentioned in claim 8.
Demnach wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Verfahren zum Antrieb eines Schubkörpers durch einen bidirektionalen linearen Magnetantrieb mit wenigstens je einem ersten und einem zweiten Aktor durchzuführen, wobei der wenigstens eine erste Aktor mit wenigstens einer Spule und einem Joch versehen ist und mit wenigstens einem Ankerring zusammenarbeitet, der den Schubkörper alternierend beauf- schlagt, indem der Schubkörper von dem wenigstens einen Ankerring, der von dem hieran angreifenden wenigstens einen zweiten Aktor gedreht wird, axial verschoben wird und anschließend örtlich fixiert wird, wobei der Schubkörper auf diese Weise schritlweise soweit verschoben wird, bis er seine jeweilige Endposition erreicht hat.Accordingly, it is proposed according to the invention to carry out the method for driving a thrust body by means of a bidirectional linear magnetic drive with at least one first and one second actuator each, the at least one first actuator being provided with at least one coil and a yoke and cooperating with at least one armature ring which alternately loading the thrust body strikes by axially displacing the thrust body from the at least one anchor ring, which is rotated by the at least one second actuator acting thereon, and then fixing it locally, the thrust body being shifted in steps until it has reached its respective end position ,
Vorteilhafterweise wird die Antriebsleistung elektrisch zugeführt und ist frei von den üblichen mechanischen Risiken von kraftübertragenden Leitungen eines hydraulischen Systems. Das Verfahren ermöglicht es, einen Schubkörper in beliebig vielen Einzelschritten von beispielsweise 1 mm oder 2mm Länge zu bewegen. Das ermöglicht eine entsprechend der Schrittlänge eines Einzelschritts genaue Ansteuerung, beispielsweise eines Ventils, wenn der Schubkörper als Stellorgan des Ventils eingesetzt wird. Außerdem kann auf diese Weise in besonders einfacher Weise ein bestimmter Durchfluß durch eine Rohrleitung eingestellt werden, indem der Schubkörper eine entsprechend exakte, vorgegebene Ventilstellung bewirkt. Der bidirektionale lineare Magnetantrieb wird dann als Antrieb für ein Durchflußregelventil betrieben.The drive power is advantageously supplied electrically and is free from the usual mechanical risks of power transmission lines in a hydraulic system. The method makes it possible to move a thrust body in any number of individual steps, for example 1 mm or 2 mm in length. This enables precise control, for example of a valve, according to the step length of a single step, if the thrust body is used as an actuator of the valve. In addition, a particular flow through a pipeline can be set in a particularly simple manner in this way by the thrust body causing a correspondingly exact, predetermined valve position. The bidirectional linear magnetic drive is then operated as a drive for a flow control valve.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens kann darin bestehen, daß der Ankerring oder der wenigstens eine zweite Aktor mit einer Rastvorrichtung derart zusammenarbeitet, daß der Schubkörper wenigstens dann durch die Rastvorrichtung örtlich fixiert wird, wenn der Ankerring den Schubkörper nicht beaufschlagt. Durch diese Ausgestaltung wird ein besonders einfacher Antrieb und eine einfache Koordination der Arbeitsschritte von der Rastvorrichtung sowie dem Ankerring beziehungsweise dem wenigstens zweiten Aktor erreicht.An advantageous embodiment of the method can consist in the fact that the anchor ring or the at least one second actuator cooperates with a latching device in such a way that the pushing body is at least locally fixed by the latching device when the anchor ring does not act on the pushing body. This configuration achieves a particularly simple drive and simple coordination of the work steps of the latching device and the anchor ring or the at least second actuator.
Vorteilhaft vereinfacht wird das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Rastvorrichtung wenigstens eine Drehbewegung ausführt, um den Schubkörper zeitweise örtlich zu fixieren. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Rastvorrichtung sowie der wenigstens eine Ankerring im wesentlichen nur Drehbewegungen um die Längsachse ausführen.The method according to the invention is advantageously simplified if the latching device carries out at least one rotary movement in order to temporarily fix the thrust body locally. In this way it is achieved that the locking device and the at least one anchor ring essentially only perform rotary movements about the longitudinal axis.
Die Rastvorrichtung kann aber auch durch wenigstens einen dritten Aktor bewegt werden und ist dann ist vorteilhafterweise eigenständig ansteuerbar. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens wird erreicht, wenn der Schubkörper von dem wenigstens einen ersten Aktor formschlüssig beaufschlagt wird. Die axiale Kraftübertragung zwischen dem wenigstens einen Ankerring und dem Schubkörper ist dadurch auf einfache Weise ermöglicht.However, the latching device can also be moved by at least a third actuator and can then advantageously be controlled independently. An advantageous embodiment of the method is achieved if the thrust body is positively loaded by the at least one first actuator. The axial force transmission between the at least one anchor ring and the thrust body is thereby made possible in a simple manner.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Ankerring mit dem Schubkörper zusammenarbeitet, indem der wenigstens eine Ankerring in eine Drehrichtung um die Längsachse gedreht wird, und daß die Rastvorrichtung eine Verrastung herbeiführt, welche den Schubkörper jeweils solange lagefixiert, bis der wenigstens eine erste Aktor erneut den Schubkörper beaufschlagt.A further embodiment of the method according to the invention is characterized in that the at least one anchor ring cooperates with the thrust body by rotating the at least one anchor ring in a direction of rotation about the longitudinal axis, and in that the latching device brings about a latching which fixes the thrust body in each case until the at least one first actuator acts on the thrust body again.
Der wenigstens eine zweite Aktor muß den wenigstens einen Ankerring in nur einer Drehrichtung antreiben.The at least one second actuator must drive the at least one armature ring in only one direction of rotation.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß der wenigstens eine Ankerring mit dem Schubkörper zusammenarbeitet, indem der wenigstens eine Ankerring alternierend in die Drehrichtungen um die Längsachse gedreht wird, und daß die Rastvorrichtung eine Verrastung herbeiführt, welche den Schubkörper jeweils solange lagefixiert, bis der wenigstens eine erste Aktor erneut den Schubkörper beaufschlagt.Another embodiment of the method provides that the at least one anchor ring cooperates with the thrust body by rotating the at least one anchor ring alternately in the directions of rotation about the longitudinal axis, and that the latching device brings about a latching, which fixes the thrust body in each case until the at least one first actuator acts on the thrust body again.
Hier ist in einer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, daß der Ankerring bei jeder Drehbewegung in entgegengesetzter Richtung zu seiner Drehrichtung im vorausgehenden Bewegungsschritt dreht.In one embodiment of the method, it is provided here that the anchor ring rotates in the preceding movement step in the opposite direction to its direction of rotation with each rotary movement.
Es ist aber auch denkbar, daß zunächst einige Bewegungsschritte in die eine Drehrichtung und danach mehrere Bewegungsschritte in die entgegengesetzte Drehrichtung erfolgen. Es bestehen auch vorteilhafterweise keine prinzipiellen Einschränkungen, daß die Anzahl der Bewegungsschritte in die eine oder andere Drehrichtung gleich groß sein muß.However, it is also conceivable that first some movement steps in one direction of rotation and then several movement steps in the opposite direction of rotation. There are also advantageously no fundamental restrictions that the number of movement steps in one or the other direction of rotation must be the same.
Das Verfahren kann auf einfache Weise beendet werden, wenn ein bestimmtes Abschaltkriterium erreicht wird. Wird beispielsweise eine bestimmte Anzahl von Verschiebeschritten nach dem Start des Verfahrens erreicht, wird das Verfahren beendet. Die zurückgelegte Gesamtverschiebung des Schubkörpers läßt sich auf einfache Weise aus der Anzahl der Ver¬ schiebeschritte sowie den einzelnen den Verschiebeschritteπ zugeordneten Verschiebelängen bestimmen.The process can be ended in a simple manner when a certain switch-off criterion is reached. If, for example, a certain number of shift steps are reached after the start of the method, the method is ended. The accumulated total displacement of the thrust body can be easily from the number of Ver ¬ slide steps and determine the individual to Verschiebeschritteπ assigned shift lengths.
Eine weitere Möglichkeit, das Verfahren zu beenden, besteht darin, mittels eines Signals die Abschaltung zu bewirken. Vorteilhaft einfach generiert beispielsweise ein Endschalter ein solches Signal, wenn eine bestimmte Position des Schubkörpers erreicht ist.Another way to end the process is to effect a shutdown by means of a signal. A limit switch, for example, advantageously generates such a signal when a certain position of the thrust body is reached.
Ein nützliches Signal zur Abschaltung kann aber auch ein entsprechendes Signal einer entsprechenden Wegmessung sein.A useful signal for switching off can also be a corresponding signal from a corresponding distance measurement.
Erfinduπgsgemäß wird eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Antrieb eines Schubkörpers durch einen bidirektionalen linearen Magnetantrieb vorgeschlagen, bei welcher Anordnung der bidirektionale lineare Magnetantrieb wenigstens je einen ersten und einen zweiten Aktor aufweist, wobei der wenigstens eine erste Aktor wenigstens ein Joch, wenigstens eine Spule sowie wenigstens einen Ankerring hat und zur im wesentlichen axialen Bewegung des Schubkörpers vorgesehen ist, wobei der Abstand zwischen dem wenigstens einen Joch und dem wenigstens einen Ankerring als aktiver Luftspalt ausbildet ist, wobei der wenigstens eine Ankerring zur Zusammenarbeit mit dem Schubkörper vorgesehen ist, wobei der wenigstens zweite Aktor wenigstens zur Drehung des wenigstens einen Ankerrings vorgesehen ist, und wobei eine Rastvorrichtung zur zeitweisen Fixierung des Schubkörpers vorgesehen ist.According to the invention, an arrangement for carrying out the method according to the invention for driving a thrust body by means of a bidirectional linear magnetic drive is proposed, in which arrangement the bidirectional linear magnetic drive has at least one first and one second actuator each, the at least one first actuator having at least one yoke, at least one coil and has at least one anchor ring and is provided for essentially axial movement of the thrust body, the distance between the at least one yoke and the at least one anchor ring being formed as an active air gap, the at least one anchor ring being provided for cooperation with the thrust body, the at least second actuator is provided at least for rotating the at least one anchor ring, and a latching device is provided for temporarily fixing the thrust body.
Die geforderte Antriebsenergie wird durch einen elektrischen Antrieb mit einer geringen Anzahl von beweglichen Bauelementen zur Verfügung gestellt. Damit ist erreicht, daß die erfindungsgemäße Anordnung entsprechend störungsunanfällig bei Änderungen der Umgebungsbedingungen, wartungsarm, robust und mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung liegt vor, wenn die Oberfläche des Schubkörpers im Bereich der dem wenigstens einen Ankerring zugewandten Fläche zumindest teilweise mit einer Haltestruktur versehen ist, und wenn der wenigstens eine Ankerring an der dem Schubkörper zugewandten Fläche mit einer zur Haltestruktur kompatiblen Gegenstruktur versehen ist, die sich durch Verdrehen um die Längsachse des Ankerringes in die Haltestruktur einfügt.The required drive energy is provided by an electric drive with a small number of moving components. It is thus achieved that the arrangement according to the invention is correspondingly insensitive to malfunctions in the event of changes in the ambient conditions, requires little maintenance, is robust and operates with high reliability. An advantageous embodiment of the arrangement is provided if the surface of the thrust body is at least partially provided with a holding structure in the area of the surface facing the at least one anchor ring, and if the at least one anchor ring on the surface facing the push body is provided with a counter structure compatible with the holding structure that fits into the holding structure by turning around the longitudinal axis of the anchor ring.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schubkörper eine zylindrische Grundform aufweist. Mit dieser Grundform werden die Drehbewegungen begünstigt sowie die Konstruktion des Ankerringes und dessen Verbindung zum Schubkörper vereinfacht.It is particularly advantageous if the thrust body has a cylindrical basic shape. This basic shape favors the rotary movements and simplifies the construction of the anchor ring and its connection to the thrust body.
Auch eine rohrförmige Grundform des Schubkörpers ist vorteilhaft, weil diese Gestalt insbesondere in Bohrlöchern zur Rohstofförderung häufig benötigt wird. Hierbei bildet ein äußeres Produktionsrohr zusammen mit einem in diesem geführten Transportrohr einen Ringraum, in dem die im Bohrloch erforderlichen Komponenten untergebracht sind. Den Schubkörper rohrförmig auszuführen, ist somit vorteilhaft.A tubular basic shape of the thrust body is also advantageous because this shape is often required, particularly in boreholes for the extraction of raw materials. Here, an outer production pipe together with a transport pipe guided in it forms an annular space in which the components required in the borehole are accommodated. It is therefore advantageous to make the thrust body tubular.
Die Haltestruktur weist achsparallele erste Ausnehmuπgen auf. In diesen ersten Ausπehmungen kann die axiale Bewegung der Gegenstruktur stattfinden. Diese ersten Ausnehmungeπ sind fertigungstechnisch vorteilhafterweise oft Nuten oder Schlitze ausgeführt.The holding structure has first recesses parallel to the axis. The axial movement of the counter structure can take place in these first recesses. These first Ausnehmungeπ are often made advantageously grooves or slots from a manufacturing point of view.
Zusätzlich weist die Haltestruktur zweite Ausnehmungen in radialer Richtung auf, beispielsweise auch als Nuten oder Schlitze ausgeführt. Die Gegenstruktur greift durch die Drehbewegung in die zweiten Ausnehmungen ein. Bei einem Bewegungsschritt wird die gesamte Antriebsleistung des bidirektionalen linearen Magπetantriebs über die Gegenstruktur in die Haltestruktur auf den Schubkörper oder umgekehrt übertragen.In addition, the holding structure has second recesses in the radial direction, for example also in the form of grooves or slots. The counter structure engages in the second recesses due to the rotary movement. In one movement step, the entire drive power of the bidirectional linear magnetic drive is transmitted via the counter structure into the holding structure on the thrust body or vice versa.
Die Haltestruktur sowie die Gegenstruktur sind erfindungsgemäß mechanisch besonders beansprucht und demgemäß auszuführen, gegebenenfalls mit anderen Materialien als die Haltestruktur oder die Gegenstruktur. Als vorteilhaft erweist sich eine Gegenstruktur und Haltestruktur aus Edelstahl. Edelstahl ist nur sehr schwach magnetisch und ist daher als Material für den wenigstens einen Ankerring ungeeignet. Eine Gegenstruktur, die aus Edelstahl hergestellt ist, wird mit dem wenigstens einen Ankerring erfindungsgemäß fest verbunden. Dann sind die Vorteile des magnetischen Werkstoffs sowie die vorteilhaften mechanischen Eigenschaften des Edelstahls miteinander kombiniert für diese Ausgestaltung des wenigstens einen Ankerrings. Besonders vorteilhaft wird als Gegeπstruktur eine Mutter oder Reversiermutter verwendet.According to the invention, the holding structure and the counter structure are particularly mechanically stressed and must be designed accordingly, optionally with materials other than the holding structure or the counter structure. A counter structure and holding structure made of stainless steel has proven to be advantageous. Stainless steel is only weakly magnetic and is therefore unsuitable as a material for the at least one anchor ring. A counter structure, which is made of stainless steel, is firmly connected to the at least one anchor ring according to the invention. Then the advantages of the magnetic material and the advantageous mechanical properties of the stainless steel are combined with one another for this configuration of the at least one anchor ring. A nut or reversing nut is particularly advantageously used as the counter structure.
Die Gegenstruktur kann dem wenigstens einen Ankerring aber auch angeformt sein.The counter structure can also be molded onto the at least one anchor ring.
Die Lage der Stelle, an der die Haltestruktur sowie die Gegenstruktur ineinandergreifen, spielt erfinduπgsgemäß nur eine untergeordnete Rolle. Diese Stelle kann, beispielsweise nach den gegebenen Platzverhältnissen, wenigstens teilweise außerhalb des Abschnitts der Längsachse vorgesehen sind, in dem der wenigstens eine Ankerring vorgesehen ist.According to the invention, the location of the point at which the holding structure and the counterstructure interlock play only a subordinate role. This location can, at least partially, be provided outside the section of the longitudinal axis, for example according to the available space, in which the at least one anchor ring is provided.
Sind anforderungsgemäß besonders hohe Antriebskräfte aufzubringen, kann vorteilhafterweise die Anzahl der ersten Aktoren erhöht werden. Die Ankerringe sind dann derart angeordnet, daß sie gemeinsam Kräfte auf den Schubkörper übertragen oder von diesem aufnehmen. Die Bauart der ersten Aktoren kann also gleichbleiben. Ein beengtes Raum- oder Ringraumangebot für den Antrieb wird auf diese Weise vorteilhaft berücksichtigt. Lediglich die Anzahl der ersten Aktoren muß dem Antriebsbedarf angepaßt werden. Damit besteht vorteilhafterweise keine Beschränkung der maximalen Schubkraft seitens der ersten Aktoren.If particularly high driving forces are to be applied as required, the number of first actuators can advantageously be increased. The anchor rings are then arranged in such a way that they jointly transmit or absorb forces to the thrust body. The design of the first actuators can therefore remain the same. A restricted space or annular space for the drive is advantageously taken into account in this way. Only the number of the first actuators has to be adapted to the drive requirement. There is therefore advantageously no restriction of the maximum thrust force on the part of the first actuators.
Auch Redundanzen sind derart auf besonders einfache Weise gestaltbar.Redundancies can also be designed in a particularly simple manner.
Ist z.B. aus Sicherheitsgründen eine mechanische Redundanz gefordert, wird zunächst einfach die Zahl der erforderlichen ersten Aktoren gewählt. Dementsprechend ist Redundanz vorhanden, wenn die gewählte Anzahl der ersten Aktoren mindestens um eins höher gewählt wird, als auslegungsbedingt erforderlich. Die Redundanz erhöht sich entsprechend, wenn die Anzahl der ersten Aktoren weiter erhöht wird. Wird eine elektrische Redundanz gefordert, ist die Anzahl der ersten Aktoren ebenfalls über die auslegungsbedingt erforderliche Zahl hinaus zu erhöhen, was auf gleiche Weise einfach möglich ist.For example, if mechanical redundancy is required for safety reasons, the number of required first actuators is simply selected first. Accordingly, there is redundancy if the selected number of first actuators is selected to be at least one higher than is required by design. The redundancy increases accordingly if the number of first actuators is increased further. If electrical redundancy is required, the number of first actuators must also be increased beyond the number required by design, which is easily possible in the same way.
Die mechanische sowie die elektrische Redundanz ist mit gleichartigem Vorgehen wie bei den ersten Aktoren auch für die zweiten Aktoren für den radialen Antrieb der Bauelemente vorteilhaft einfach zu erreichen.Mechanical and electrical redundancy can advantageously be easily achieved with the same procedure as for the first actuators for the second actuators for the radial drive of the components.
Er indungsgemäß wird die Rastvorrichtung mechanisch an die Drehbewegung des wenigstens einen Ankerrings angekoppelt. Die Ankopplung erfolgt beispielsweise mechanisch an wenigstens einen Ankerring oder an den wenigstens einen zweiten Aktor.According to the invention, the locking device is mechanically coupled to the rotary movement of the at least one anchor ring. The coupling takes place, for example, mechanically to at least one anchor ring or to the at least one second actuator.
Dreht sich dann der wenigstens eine Ankerring beispielsweise mit der Gegenstruktur in die Haltestruktur, bewegt sich die Rastvorrichtung günstigerweise automatisch mit, in eine Position, in der eine axiale Bewegung des Schubkörpers ermöglicht ist. Dreht die Gegenstruktur dann wieder aus der Haltestruktur heraus, bewegt sich die Rastvorrichtung ebenfalls mit und gelangt in eine andere Position in der eine axiale Bewegung oder Rückstellung des Schubkörpers verhindert ist.If the at least one anchor ring then rotates, for example with the counter-structure, into the holding structure, the latching device advantageously also moves automatically into a position in which an axial movement of the thrust body is made possible. If the counter-structure then rotates out of the holding structure again, the latching device also moves with it and arrives in a different position in which axial movement or provision of the thrust body is prevented.
Eine weitere Möglichkeit ist ein eigener Antrieb für die Rastvorrichtung mittels wenigstens eines dritten Aktors. Dann sind zwangläufig insgesamt wenigstens drei Aktoren beziehungsweise Antriebe vorhandenen.Another possibility is a separate drive for the locking device by means of at least one third actuator. Then there are inevitably a total of at least three actuators or drives.
Es ist auch denkbar, daß alle Aktoren redundant vorhanden sind, also beispielsweise die Rastvorrichtung mit redundanten zweiten Aktoren sowie der wenigstens eine Ankerring mit redundanten ersten Aktoren ausgestattet sind.It is also conceivable that all actuators are redundant, for example the latching device is equipped with redundant second actuators and the at least one armature ring is equipped with redundant first actuators.
Die Lage des Schubkörpers kann vorteilhafterweise durch eine Anzeige auch sichtbar gemacht werden. Die Signale, die eine solche Anzeige erhält, werden von einem Schrittzähler, einem Wegaufnehmer oder anderen Signalgebern generiert, die geeignet sind, Positionen zu messen, zu bestimmen oder zu errechnen. Da der bidirektionale lineare Magnetantrieb auch insbesondere unter extremen Umweltbedingungen eingesetzt wird, werden die ersten, zweiten und gegebenenfalls die dritten Aktoren in einem solchen Fall vorteilhafterweise gekapselt ausgeführt.The position of the thrust body can advantageously also be made visible by means of a display. The signals received by such a display are generated by a pedometer, a displacement transducer or other signal transmitters which are suitable for measuring, determining or calculating positions. Since the bidirectional linear magnetic drive is also used in particular under extreme environmental conditions, the first, second and possibly the third actuators are advantageously encapsulated in such a case.
Das verhindert das Eindringen von Schmutz oder anderen Fremdstoffen, die möglicherweise den Betrieb der Anordnung negativ beeinflussen.This prevents the ingress of dirt or other foreign matter that may have a negative impact on the operation of the arrangement.
Wird der bidirektionale lineare Magnetantrieb unter hohem Umgebungsdruck in aggressiven oder verschmutzten Medien betrieben, erweist sich erfindungsgemäß eine bewegliche Dichtungswand zur Kapselung als günstig. Die Druckdifferenz zwischen dem gekapselten Bereich und der Umgebung kann dann durch die Bewegung einer nahezu starren oder Dehnung einer flexiblen oder dehnbaren Dichtungswand kompensiert werden. Das Eindringen von Schmutzpartikeln oder eines aggressiven Mediums in den bidirektionalen linearen Magnetantrieb ist auf diese weise vermieden.If the bidirectional linear magnetic drive is operated under high ambient pressure in aggressive or contaminated media, a movable sealing wall for encapsulation proves to be favorable according to the invention. The pressure difference between the encapsulated area and the surroundings can then be compensated for by the movement of an almost rigid or expansion of a flexible or stretchable sealing wall. The penetration of dirt particles or an aggressive medium into the bidirectional linear magnetic drive is avoided in this way.
Ist die Dichtungswand nahezu starr und unflexibel, kann sie insgesamt beweglich ausgeführt werden, indem diese an einer Gleitfläche, beispielsweise längsachseπ- parallel verschoben sowie gegebenenfalls geführt wird. Dann erweist sich eine schleifende Dichtung zwischen der beweglichen Dichtungswand und der Gleitfläche als nützliche Ausstattung, um das Eindringen von Schmutz in den gekapselten Bereich zu verhindern, aber gleichzeitig die Bewegung der Dichtungswand zu ermöglichen.If the sealing wall is almost rigid and inflexible, it can be made movable overall by moving it on a sliding surface, for example parallel to the longitudinal axis, and optionally guiding it. Then a sliding seal between the movable sealing wall and the sliding surface proves to be useful equipment to prevent dirt from entering the encapsulated area, but at the same time to allow the movement of the sealing wall.
Steigt der Umgebungsdruck an, muß ein entsprechend größerer Druckausgleich erfolgen mit dementsprechend größerem Ausgleichsvolumen.If the ambient pressure rises, a correspondingly larger pressure compensation must take place with a correspondingly larger compensation volume.
Die Dehnungen beziehungsweise die notwendigen Bewegungen der Dichtwand werden dann besonders klein, wenn erfindungsgemäß die Kapselung, also der komplette gekapselte Bereich mit einem flüssigen Medium gefüllt ist.The expansions or the necessary movements of the sealing wall become particularly small if, according to the invention, the encapsulation, that is to say the entire encapsulated area, is filled with a liquid medium.
Insbesondere ist ein hochtemperaturbeständiges Öl vorteilhaft in der Kapsefung eingesetzt, weil es neben dem Druck auch die oftmals vorhandenen hohen Temperaturen erträgt. Die in die Aktoren, insbesondere in die wenigstens ersten Aktoren, eingesetzten Permanentmagnete sind vorzugsweise aus hartmagnetischem Material, um eine möglichst breite Hystereseschleife zu erhalten. Insbesondere bietet sich als hartmagnetisches Material AINiCo an.In particular, a high-temperature-resistant oil is advantageously used in the capsule because, in addition to the pressure, it can also withstand the often high temperatures. The permanent magnets used in the actuators, in particular in the at least first actuators, are preferably made of hard magnetic material in order to obtain the widest possible hysteresis loop. AINiCo is particularly suitable as a hard magnetic material.
Für Anordnungen die unter extremen Umgebungsbediπgungen eingesetzt werden, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen, weist die Curie- Temperatur der eingesetzten hartmagπetischen Werkstoffe Werte auf, die höher als 600°C sind, um eine Entmagnetisierung oder eine zu kurze Lebensdauer zu vermeiden.For arrangements which are used under extreme environmental conditions, in particular at high ambient temperatures, the Curie temperature of the hard magnetic materials used has values which are higher than 600 ° C. in order to avoid demagnetization or a short service life.
Hingegen werden insbesondere der wenigstens eine Ankerring sowie das Joch der ersten Aktoren aus weichmagnetischen Werkstoffen gefertigt, insbesondere auch RNi12. Diese Werkstoffe vermindern Ummagnetisierungsveriuste und erreichen eine vorteilhaft hohe Sättigungsinduktion.In contrast, in particular the at least one armature ring and the yoke of the first actuators are made of soft magnetic materials, in particular also RNi12. These materials reduce magnetization losses and achieve an advantageously high saturation induction.
Zur Stromversorgung der Antriebe bestehen erfindungsgemäß mehrere Möglichkeiten.According to the invention, there are several options for powering the drives.
Eine besonders kompakte Bauweise der Stromversorgung wird erreicht, wenn nur ein Netzgerät die vorhandenen Antriebe mit Strom versorgt.A particularly compact design of the power supply is achieved if only one power supply unit supplies the existing drives with power.
Denkbar ist, daß mehrere Netzgeräte vorhanden sind. Ein Netzgerät versorgt dann beispielsweise den wenigstens einen ersten Aktor sowie ein weiteres Netzgerät den wenigstens einen zweiten Aktor für die Drehbewegung und so weiter.It is conceivable that several power supplies are available. A power supply unit then supplies, for example, the at least one first actuator and a further power supply unit the at least one second actuator for the rotary movement and so on.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erhält jeder erste, zweite oder dritte Aktor ein nur ihm zugeordnetes Netzteil. Das erhöht die Sicherheit der Stromversorgung, reduziert also die Ausfallwahrscheinlichkeit.In a further advantageous embodiment, each first, second or third actuator receives a power supply unit which is assigned only to it. This increases the security of the power supply, thus reducing the probability of failure.
Auch bei den Netzgräten ist eine Redundanz sinnvoll. Demgemäß wird wenigstens ein Netzteil mehr vorhanden sein, als von der elektrischen Auslegung her notwendig ist. Fällt nun ein Netzteil aus, auch zeitweise, beispielsweise wegen Überhitzung, kann eine Steuerungseinrichtung auf das redundante Netzteil umschalten. Ein Weiterbetrieb ohne Unterbrechungen ist gewährleistet.Redundancy also makes sense for the network devices. Accordingly, there will be at least one more power supply unit than is necessary from the electrical design point of view. If a power supply unit fails, also temporarily, for example due to overheating, can switch a control device to the redundant power supply. Continued operation without interruptions is guaranteed.
Soll ein besonders abgesicherter Betrieb oder eine besondere hohe Verfügbarkeit erreicht werden, werden entsprechend mehr Netzteile der Anordnung zugefügt, beispielsweise bis jeder Aktor mit zwei Netzteilen ausgestattet ist.If a particularly secure operation or a particularly high availability is to be achieved, correspondingly more power supplies are added to the arrangement, for example until each actuator is equipped with two power supplies.
Die Steuerungseinrichtung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung alle Bewegungsabläufe der Aktoren und Bauelemente der Anordnung koordinieren. Eine vorteilhafte Ausstattung der Steuerungseinrichtung ist auch gegeben, wenn Signale generiert oder verarbeitet sowie Berechnungen von dieser durchgeführt werden.In an advantageous embodiment, the control device can coordinate all movement sequences of the actuators and components of the arrangement. The control device is also advantageously equipped when signals are generated or processed and calculations are carried out by the latter.
Aus den VDI Fortschrittsberichten, Reihe 8, Nr.547 „Untersuchung der Systemdynamik eines fehlertoleranten elektrohydraulischen Stellantriebs mit Direct-Drive- Ventil" von Dipl.-Ing. Uwe Klingauf, Taufkirchen, ist ein elektromagnetischer Antrieb für den Flugzeugbau bekannt, der eine hohe Antriebskraft aufbringen kann, jedoch in seinem Hub auf ca. 0,8 mm begrenzt ist. Der Antrieb überträgt die Kraft auf eine Achse, die entsprechend um ca. 0,8mm ausgelenkt wird. Die Auslenkung wirkt über ein Hauptsteuerventil auf eine hydraulische Kraftstufe, die letztlich das Stellorgan der Regelung ist.From the VDI Progress Reports, Series 8, No. 547 "Investigation of the System Dynamics of a Fault-Tolerant Electro-Hydraulic Actuator with Direct Drive Valve" by Dipl.-Ing. Uwe Klingauf, Taufkirchen, an electromagnetic drive for aircraft construction is known which has a high driving force The drive transmits the force to an axis, which is deflected accordingly by approximately 0.8 mm. The deflection acts via a main control valve on a hydraulic force stage, which ultimately is the control element of the regulation.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the further subclaims.
Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung, sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.The invention, advantageous refinements and improvements of the invention, and special advantages of the invention are to be explained and described in more detail with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein skizzenhaftes Schnittbild des Bereiches um einen Luftspalt, Fig. 2 ein Längsschnitt durch eine Anordnung von ersten Aktoren, Fig. 3 eine Ansicht auf einen Schnitt durch die Ebene A-A durch einen ersten Aktor,1 is a sketchy sectional view of the area around an air gap, FIG. 2 is a longitudinal section through an arrangement of first actuators, 3 is a view of a section through the plane AA through a first actuator,
Fig. 4 eine dreidimensionale Ansicht auf eine Ausgestaltung einer erfinduπgs- gemäßen Anordnung,4 shows a three-dimensional view of an embodiment of an arrangement according to the invention,
Fig. 5 A-F Skizzen, die mit den verschiedenen Arbeitsschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens korrespondieren,5 A-F sketches that correspond to the various work steps of the method according to the invention,
Fig. 6 eine dreidimensionale Ansicht auf einen Magnetaπtrieb eines Rastenelements und6 shows a three-dimensional view of a magnetic drive of a detent element and
Fig. 7 die Ansicht auf einen Längsschnitt durch eine beispielhafte erfindungsgemäße Anordnung.Fig. 7 is a view of a longitudinal section through an exemplary arrangement according to the invention.
Fig. 1 zeigt ein skizzenhaftes Schnittbild des Bereiches um einen Luftspalt 24 zwischen einem Joch 20 und einem Anker 22 eines Luftspaltbereichs 10 in einem bidirektionalen Magnetantrieb. Der Anker 22 sowie das Joch 20 weisen die Materialdik- ke 26 auf, und zwar in Richtung ihrer Ausdehnung zwischen den entsprechend zugeordneten Oberseiten 28 beziehungsweise 30 sowie ihren Unterseiten 32 beziehungsweise 34 gesehen. Die ebenen Seitenflächen, in der Fig.1 als Seitenlinien zu sehen, des Jochs 20 sowie des Ankers 22, die sich gegenüberstehen, weisen den konstanten Abstand 36 auf und besitzen einen Winkel zur Lotrechten der Oberseiten 28, 30. Die Seitenlinien der sich gegenüberliegenden Seitenflächen, weisen eine Länge 40 auf, die um den Faktor des Reziprokwertes des Kosinus des Winkels ( größer ist als die Materialdicke 26 des Jochs 20 beziehungsweise des Ankers 22. Ein maximaler Schubweg 42 in Richtung der Raumlage der Oberseiten 28, 30, ergibt sich als der mit dem Faktor des Reziprokwertes des Kosinus des Winkels α multiplizierten konstanten Abstands 36 der sich gegenüberliegenden Seitenflächen. Die Fig.1 zeigt also diejenige Lage des Jochs 20 und des Ankers 22 zueinander, bei der diese maximal voneinander entfernt sind. Mit Erhöhung des maximalen Schubwegs 42 sinkt die magnetische Kraftwirkung zwischen dem Joch 20 und dem Anker 22. Durch geeignete Wahl des Winkels α kann die magnetische Kraftwirkung jedoch wenigstens teilweise wieder ausgeglichen werden. Für maximale Schubwege 42 bis 2mm liegt das Kraftmaximum bei einem Winkel α von 0° oder nahe bei diesem Wert. Bei Wahl eines größeren Wertes für den maximalen Schubweg 42 als 2mm, steigt der besonders günstige Wert des Winkels α auf 45° gegebenenfalls auch auf noch höhere Werte.1 shows a sketchy sectional view of the area around an air gap 24 between a yoke 20 and an armature 22 of an air gap area 10 in a bidirectional magnetic drive. The armature 22 and the yoke 20 have the material thicknesses 26, specifically in the direction of their expansion between the correspondingly assigned upper sides 28 and 30 and their lower sides 32 and 34, respectively. The flat side surfaces, to be seen as side lines in FIG. 1, of the yoke 20 and of the armature 22, which face each other, are at a constant distance 36 and have an angle to the perpendicular of the upper sides 28, 30. The side lines of the opposite side surfaces , have a length 40, which is by the factor of the reciprocal of the cosine of the angle (greater than the material thickness 26 of the yoke 20 or the armature 22). A maximum thrust path 42 in the direction of the spatial position of the upper sides 28, 30 results as the constant distance 36 of the opposite side surfaces multiplied by the factor of the reciprocal of the cosine of the angle α, so FIG. 1 shows the position of the yoke 20 and the armature 22 relative to one another at which they are at a maximum distance from one another the magnetic force between the yoke 20 and the armature 22 decreases. The angle α can be selected by a suitable choice e force effect can be at least partially compensated for. For maximum thrust distances of 42 to 2 mm, the maximum force is at an angle α of 0 ° or close to this value. If you choose a value greater than 42mm for the maximum thrust stroke, the particularly favorable value of the angle α rises to 45 °, possibly also to even higher values.
Fig. 2 zeigt ein Schnittbild längs durch vier erste Aktoren 1 1 , 12, 13, 14 eines bidirektionalen Magnetantriebes, die in einem Ringraum zwischen einem äußeren Rohr , beispielsweise einem Bohrlochrohr, und einem inneren Rohr 46, beispielsweise einem Produktioπsrohr, angeordnet sind.Fig. 2 shows a sectional view longitudinally through four first actuators 11, 12, 13, 14 of a bidirectional magnetic drive, which are arranged in an annular space between an outer tube, for example a borehole tube, and an inner tube 46, for example a production tube.
In Schnittbild ist die Symmetrieachse der rotationssymmetrischeπ Anordnung als Symmetrielinie 48 des Längsschnittes dargestellt. Das innere Rohr 46 besitzt einen Außendurchmesser 50. Die lichte Weite eines Transportrohrs 52 ist gerade etwas größer als der Außendurchmesser 50 gewählt sowie dessen dem inneren Rohr zugewandte Fläche, der Innenseite, glatt gestaltet, daß es auf und über das innere Rohr 46 geführt beweglich ist. Die Außenseite des Transportrohrs 52 weist eine Haltestruktur 54 auf, die Quernute 56 mit einem rechteckigen Profil in radialer Richtung sowie Längsnute in axialer Richtung, die jedoch nicht dargestellt sind, hat. Im Bereich der weiteren Aktoren 1 1 , 12, 13, 14 ist ein Gegeπstrukturelement 58 im Eingriff in die Haltestruktur des Transportrohrs 52. Im Schnittbild ist zu erkennen, daß die dem Transportrohr zugewandten Konturen des Gegenstrukturelements 58 genau auf die Haltestruktur 54 abgestimmt und daher die Quernute 56 in diesem Bereich vollständig mit dem Gegenstrukturelement 58 ausgefüllt sind. Das Strukturelement 58 ist im wesentlichen ein Rohrabschnitt, dessen Fläche, die der Haltestruktur 54 zugewandt ist, wie beschrieben konturiert ist, an seiner äußeren Mantelseite glatt ist sowie mit jedem der Ankerringe 62 der ersten Aktoren 11 , 12, 13, 14 verbunden ist. Die Ankerringe 62 der ersten Aktoren 11 , 12, 13, 14 sind also letztlich mittels des Gegenstrukturelements 58 kraftschlüssig miteinander verbunden und formen auf diese Weise einen gemeinsamen wirkenden Gesamtankerring. Es ist leicht denkbar, daß anstatt des mit den Ankerringen 62 sowie mit einem Gegenstrukturelement 58 gebildeten Gesamtankerring, ein solcher Gesamtankerring aus einem Element vorhanden ist.In the sectional view, the axis of symmetry of the rotationally symmetrical arrangement is shown as the line of symmetry 48 of the longitudinal section. The inner tube 46 has an outer diameter 50. The inside width of a transport tube 52 is just slightly larger than the outer diameter 50 and the surface facing the inner tube, the inside, is designed to be smooth so that it can be moved on and over the inner tube 46 , The outside of the transport tube 52 has a holding structure 54 which has transverse grooves 56 with a rectangular profile in the radial direction and longitudinal grooves in the axial direction, which are not shown, however. In the area of the further actuators 11, 12, 13, 14, a counter-structural element 58 engages in the holding structure of the transport tube 52. The sectional view shows that the contours of the counter-structural element 58 facing the transport tube are precisely matched to the holding structure 54 and therefore the Cross grooves 56 in this area are completely filled with the counterstructure element 58. The structural element 58 is essentially a tube section whose surface, which faces the holding structure 54, is contoured as described, is smooth on its outer jacket side and is connected to each of the anchor rings 62 of the first actuators 11, 12, 13, 14. The anchor rings 62 of the first actuators 11, 12, 13, 14 are ultimately non-positively connected to one another by means of the counter-structure element 58 and in this way form a jointly acting overall anchor ring. It is easily conceivable that, instead of the overall anchor ring formed with the anchor rings 62 and with a counter-structural element 58, such an overall anchor ring is provided from one element.
Alle vier ersten Aktoren 11 , 12, 13, 14 sind gleich gestaltet und sind dicht aneinander anliegend, den zur Verfügung stehenden Ringraum zwischen dem äußeren Rohr 44 und dem Transportrohr 52 vollständig einnehmend, angeordnet. Die ersten Aktoren 11 , 12, 13,14 ist demgemäß ringförmig, konzentrisch sowie symmetrisch zu einer Symmetrielinie 48 hin aufgebaut.All four first actuators 11, 12, 13, 14 are of identical design and are arranged close to one another, completely taking up the available annular space between the outer tube 44 and the transport tube 52. The first actuators 11, 12, 13, 14 is accordingly of a ring-shaped, concentric and symmetrical design with respect to a line of symmetry 48.
Ein wesentliches Element eines ersten Aktors 11 , 12, 13 oder 14 ist ein Jochring 60, der als Hohlkörper ausgestaltet ist, und auf diese Weise die äußere Hülle des ersten Aktors 1 1 , 12, 13 oder 14 bildet. Insofern ist das weitere Joch 60 auch die seitliche Begrenzung zwischen dem Innern des ersten Aktors 11 , 12, 13 oder 14 sowie dem umgebenden Ringraum bildet. Der weitere Jochring 60 ist an beiden in Achsrichtung weisenden Seitenteilen an der zu dem Transportrohr 52 weisenden Seite mit einem Winkel von ca. 45° zur Mitte der Innenseite des ersten Aktors 1 1 , 12, 13 oder 14 hin angephast. Diese Phase beginnt im Abstand von ca. einem Viertel der Ringraumhöhe vom inneren Durchmesser des ersten Aktors 11 , 12, 13 oder 14 aus gesehen. Die vom weiteren Jochring 60 gebildete äußere Hülle ist nur an einer Stelle offen, nämlich an der dem Transportrohr 52 zugewandten Fläche. In dieser Fläche ist eine Öffnung, die geometriebedingt ringförmige ausgebildet sowie durch die angephasten Flanken der Jochringseitenbereiche begrenzt ist. In dieser Öffnung ist der Ankerring 62 des ersten Aktors 11 , 12, 13 oder 14 ringförmigen eingepaßt. Zwischen dem Ankerring 62 und den Flanken des Jochringes 60 ist jeweils ein kleiner Spalt 64, 65 vorhanden. Diese Spalte 64, 65 ermöglichen die Bewegung des Ankerrings 62 in axialer Richtung und die Streckenlänge zwischen Ankerring 62 und Jochring 60 in axialer Richtung bestimmt den maximal ausführbaren Bewegungsschritt des ersten Aktors 11 , 12, 13 oder 14.An essential element of a first actuator 11, 12, 13 or 14 is a yoke ring 60, which is designed as a hollow body, and in this way forms the outer shell of the first actuator 1 1, 12, 13 or 14. In this respect, the further yoke 60 also forms the lateral boundary between the inside of the first actuator 11, 12, 13 or 14 and the surrounding annular space. The further yoke ring 60 is chamfered on both side parts pointing in the axial direction on the side facing the transport tube 52 at an angle of approximately 45 ° to the center of the inside of the first actuator 11, 12, 13 or 14. This phase begins at a distance of approximately a quarter of the annulus height from the inner diameter of the first actuator 11, 12, 13 or 14. The outer shell formed by the further yoke ring 60 is only open at one point, namely on the surface facing the transport tube 52. In this area there is an opening which is ring-shaped due to the geometry and is delimited by the chamfered flanks of the yoke ring side regions. In this opening, the armature ring 62 of the first actuator 11, 12, 13 or 14 is fitted in an annular manner. A small gap 64, 65 is present between the armature ring 62 and the flanks of the yoke ring 60. These gaps 64, 65 enable the movement of the armature ring 62 in the axial direction and the length of the path between the armature ring 62 and yoke ring 60 in the axial direction determines the maximum executable movement step of the first actuator 11, 12, 13 or 14.
Der Ankerring 62 ist symmetrisch zu einer gedachten Symmetrieebene ausgebildet, die in axialer Richtung genau mittel im jeweiligen ersten Aktor 1 1 , 12, 13 oder 14 verläuft sowie senkrecht zur Symmetrielinie 48 ist. Der Ankerring 62 weist an seiner dem Transportrohr 52 zugewandten Seite zwei Formteile 66, 67 auf, die ungefähr die Form eines 90° Krümmers haben und so angeordnet sind, daß ein Schenkel des Formteils in der Symmetrieebene liegt und der andere Schenkel, der mit einer ebenen Abschlußfläche endet, sich senkrecht aus der Symmetrieebene herausragt. Zwischen einer Abschlußfläche und der jeweiligen Seitenwand der entsprechenden Hälfte des Jochrings 60 befindet sich je ein Permanentmagnetring 68, 69, der im Schnittbild dieser Fig. 1 eine fast quadratische Form aufweist. Im Hohlraum des Jochrings 60 zwischen dem Bereich mit dem größten Durchmesser und den Permanentmagneten 68, 69 befinden sich vier Spulen 72, 73, 74, 75, die gleichgestaltet sind und den insgesamt zur Verfügung stehenden Zwischenraum des Hohlraumes in axialer Richtung einnehmen, auf der Seite mit dem größeren Durchmesser an der Innenseite des Jochrings 60 innen anliegen sowie einen bestimmten Abstand zur Begrenzungsfläche des Permanentmagneten an der Stelle des größten Durchmessers aufweisen.The armature ring 62 is formed symmetrically to an imaginary plane of symmetry, which extends exactly centrally in the respective first actuator 11, 12, 13 or 14 in the axial direction and is perpendicular to the line of symmetry 48. The anchor ring 62 has on its side facing the transport tube 52 two shaped parts 66, 67 which have approximately the shape of a 90 ° bend and are arranged such that one leg of the shaped part lies in the plane of symmetry and the other leg, which is level End surface ends, protrudes vertically from the plane of symmetry. Between each end surface and the respective side wall of the corresponding half of the yoke ring 60 there is a permanent magnet ring 68, 69, which has an almost square shape in the sectional view in FIG. 1. In the cavity of the yoke ring 60 between the area with the largest diameter and the permanent magnets 68, 69 there are four coils 72, 73, 74, 75, which are of the same design and occupy the total available space of the cavity in the axial direction on the side bear with the larger diameter on the inside of the yoke ring 60 on the inside and have a certain distance from the boundary surface of the permanent magnet at the location of the largest diameter.
In Fig. 3 ist eine Ansicht auf einen Schnitt durch die Ebene A-A durch den ersten Aktor 13 gezeigt. Die Lage der Ebene A-A ist aus Fig. 2 ersichtlich Alle dargestellten Bauelemente sind um einen gemeinsamen Mittelpunkt 80 angeordnet, den Schnittpunkt der Symmetrielinie 48 mit der Schnittebene A-A. Die einzelnen Bauelemente sind in dieser Ansicht im wesentlichen als ringförmige Flächen zwischen dem inneren Rohr 46 und dem äußeren Rohr 44 zu erkennen. Die Breite der einzelnen Ringflächen sind entsprechend der Ausführung der Bauelemente aus der Fig.2 gewählt.3 shows a view of a section through the plane A-A through the first actuator 13. The position of the plane A-A can be seen from FIG. 2. All the components shown are arranged around a common center 80, the intersection of the line of symmetry 48 with the section plane A-A. The individual components can be seen in this view essentially as annular surfaces between the inner tube 46 and the outer tube 44. The width of the individual ring surfaces are selected in accordance with the design of the components from FIG. 2.
Als äußerster, erste Ring ist das Schnittbild des äußeren Rohrs 44 dargestellt. Es folgen von innen nach außen die Ringflächen von dem Jochring 60, der Spule 72, einem ersten Ringspalt 82, dem Permanentmagnetring 68, einem zweiten Ringspalt 84, wiederum dem Jochring 60, dem Transportrohr 52 sowie dem inneren Rohr 46.The sectional view of the outer tube 44 is shown as the outermost, first ring. This is followed from the inside outwards by the ring surfaces of the yoke ring 60, the coil 72, a first ring gap 82, the permanent magnet ring 68, a second ring gap 84, again the yoke ring 60, the transport tube 52 and the inner tube 46.
In Fig. 4 ist eine dreidimensionale Ansicht auf eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel der Anordnung ist zur Anwendung in einer Ölquelle gedacht und triebt ein Drosselventil 90 an, das den Durchfluß an Öl durch ein Produktionsrohr 92 begrenzt, das nur im Bereich der Anordnung sowie des Drosselventils dargestellt ist. Das symbolisiert, daß das Produktionsrohr 92 auf beiden Seiten des dargestellten Rohrabschnitts weiterführt, nämlich einerseits in Richtung des Förderstroms zu der Fördereinrichtung der Ölquelle, beispielsweise der Förderplattform, sowie andererseits in Richtung einer weiteren Ölquelle.4 shows a three-dimensional view of an embodiment of an arrangement according to the invention. This embodiment of the arrangement is intended for use in an oil source and drives a throttle valve 90, which limits the flow of oil through a production pipe 92, which is only shown in the area of the arrangement and the throttle valve. This symbolizes that the production pipe 92 continues on both sides of the pipe section shown, namely on the one hand in the direction of the flow to the delivery device of the oil well, for example the production platform, and on the other hand in the direction of another oil well.
Das Produktionsrohr 92 ist an seinem Ende in Richtung Ölquelle mit Ausnehmungen 94 in quadratische Form versehen, die am gesamten Umfang seiner Mantelfläche des Produktionsrohrs 92 verteilt sind. Die Ausnehmungen 94 sind in Reihen entlang der Symmetrieachse des Produktionsrohres 94 angeordnet und ragen noch in den Bereich des Drosselventils hinein, so daß ein Teil der Ausnehmungen 94 verdeckt ist und im Bereich des Endes des Drosselventils die Ausnehmungen 94 teilweise bedeckt sind. Auf diese Weise lassen unverschlossenen Ausnehmungen 94 einen bestimmten Ölfluß von der Umgebung durch die Ausnehmungen 94 ins Innere des Produktionsrohres 92 zu.The production pipe 92 is provided at its end in the direction of the oil well with recesses 94 in a square shape, which extend over the entire circumference of its lateral surface of the production pipe 92 are distributed. The recesses 94 are arranged in rows along the axis of symmetry of the production tube 94 and still protrude into the region of the throttle valve, so that part of the recesses 94 is covered and the recesses 94 are partially covered in the region of the end of the throttle valve. In this way, unclosed recesses 94 allow a certain oil flow from the environment through the recesses 94 into the interior of the production tube 92.
Das Drosselventil 90 weist im wesentlichen ein Rohrstück 96 auf, der über dem Produktionsrohr 92 verschiebbar angeordnet ist. Das Rohrstück 96 besitzt eine lichte Weite, die gerade über das Produktionsrohr 92 paßt. Das ermöglicht einerseits die achsparallele Verschiebung des Rohrstücks 96, andererseits verhindert es einen Ölfluß durch die Ausnehmungen 94, die durch das Rohrstück 96 verdeckt sind. Das Rohrstück 96 ist wenigstens so lang gewählt, daß es in der vollständig geschlossenen Stellung des Drosselventils 90 alle Ausnehmungen 94 verdeckt und einen Ölfluß durch die Ausnehmungen 94 verhindert.The throttle valve 90 essentially has a pipe section 96 which is arranged displaceably above the production pipe 92. The pipe section 96 has a clear width that fits just over the production pipe 92. This enables on the one hand the axially parallel displacement of the pipe section 96, on the other hand it prevents oil flow through the recesses 94 which are covered by the pipe section 96. The pipe section 96 is selected to be at least so long that, in the fully closed position of the throttle valve 90, it covers all of the recesses 94 and prevents oil flow through the recesses 94.
Mittels zweier Verbindungselemente 98, von denen eines sichtbar ist, ist das Rohrstück 96 mit einem rohrförmigen Schubkörper 100 verbunden. Jede axiale Verschiebung des Schubkörpers 100 wird mechanisch durch die Verbindungselemente 98 auf das Rohrstück des Drosselventils 90 übertragen. Sechs Haltestrukturelemente 102 sind gleichmäßig über den Umfang des Schubkörpers 100 verteilt, wobei zwei in dieser Ansicht sichtbar sind. Die Haltestrukturelemente 102 sind auf der äußeren Mantelfläche des Schubkörpers 100 abgebracht, weisen eine Breite entsprechend ca. 20 Grad des Umfanges des Schubkörpers 100 auf und sind parallel zur Symmetrieachse des Schubkörpers und beginnen beziehungsweise enden bei einem Abstand zu den Schubkörperenden, der ca. der doppelten Strecke ihrer Breite entspricht.The pipe section 96 is connected to a tubular thrust body 100 by means of two connecting elements 98, one of which is visible. Each axial displacement of the thrust body 100 is mechanically transmitted through the connecting elements 98 to the pipe section of the throttle valve 90. Six holding structure elements 102 are evenly distributed over the circumference of the thrust body 100, two of which are visible in this view. The holding structure elements 102 are mounted on the outer circumferential surface of the thrust body 100, have a width corresponding to approximately 20 degrees of the circumference of the thrust body 100 and are parallel to the axis of symmetry of the thrust body and begin or end at a distance from the thrust body ends that is approximately twice that Distance corresponds to its width.
Die Ansicht auf die Anordnung zeigt außerdem ein Rastenhüllrohr einer Raste 104 sowie ein Hüllrohr 106 für das erste Aktoren 1 1 usw., die als äußeres Gehäuse rohrförmig ausgestaltet sind, den gleichen Außendurchmesser aufweisen sowie durch Zwischenfügen eines Dichtungselements 108 aneinandergefügt sind. Die gleichen Außendurchmesser sind einem nicht dargestellten Bohrlochrohr, entsprechend angepaßt. In dem Ringraum zwischen Rastenhüllrohr und dem Schubkörper 100 ist die Raste 104 sowie deren wenigstens ein zweiter Aktor als Antrieb vorgesehen, wobei sich die Raste 104 auf der dem Drosselventil 90 angewendeten Seite des Schubkörpers 100 befindet. Der Schubkörper 100 ragt um den Betrag von ca. einem seiner Außendurchmesser länger als die Summe der Längen von Rastenhüllrohr und Hüllrohr 106 und ist ungefähr mittig um die Raste 104 und den ersten Aktoren des bidirektionalen linearen Magnetantriebs angeordnet, so daß der Schubkörper 100 die beide Stirnflächen des Gesamtkörpers aus der Raste 104 und den ersten Aktoren überragt.The view of the arrangement also shows a detent cladding tube of a catch 104 and a cladding tube 106 for the first actuators 11, etc., which are tubular as an outer housing, have the same outer diameter and are joined to one another by interposing a sealing element 108. The same outside diameters are adapted to a well pipe, not shown. In the annular space between the notch cladding tube and the thrust body 100, the notch 104 and its at least one second actuator are provided as a drive, the notch 104 being located on the side of the thrust body 100 used for the throttle valve 90. The thrust body 100 protrudes by the amount of approximately one of its outer diameters longer than the sum of the lengths of the notch cladding tube and cladding tube 106 and is arranged approximately centrally around the catch 104 and the first actuators of the bidirectional linear magnetic drive, so that the thrust body 100 has the two end faces of the entire body protrudes from the catch 104 and the first actuators.
Die nun folgenden Fig. 5A bis Fig.5F zeigen Skizzen, die mit verschiedenen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens korrespondieren. Sie zeigen in vereinfachter Darstellung in einer ebenen Abwicklung den Schnitt durch die Gegenstruktur des Strukturelements 58 sowie durch die Haltestruktur 54 des Transportrohres 52. Zur Veranschaulichung ist ein Achsenkreuz auf den Skizzen gezeigt. Dessen karte- sische Koordinatenachsen sind so ausgerichtet, daß ein Vektor nach rechts in die x- Achsenrichtung, der radialen Richtung entsprechend, sowie ein Vektor nach oben in die y- Achsenrichtung, der axialen Richtung entsprechend, zeigt.The following FIGS. 5A to 5F show sketches that correspond to different steps of the method according to the invention. They show a simplified representation in a flat development of the section through the counter-structure of the structural element 58 and through the holding structure 54 of the transport tube 52. For illustration purposes, an axis cross is shown on the sketches. Its cartesian coordinate axes are aligned so that a vector points to the right in the x-axis direction, corresponding to the radial direction, and a vector points upwards in the y-axis direction, corresponding to the axial direction.
Bei allen Skizzen weist das Transportrohr 52 auf seiner äußeren Mantelfläche erste Ausnehmungen 110 in x- Achsenrichtung und zweite Ausπehmungen 112 in y- Achsenrichtung auf. Die durch die ersten und zweiten Ausnehmungen 110, 112 geformten Stege 114 ergeben zusammen die Haltestruktur 54. Die zweite Ausnehmungen 1 12 sind parallel zur Mittelachse des Transportrohrs 52 angeordnet und besitzen die erste Breite 116. Die durch die zweite Ausnehmungeπ 112 bestimmte zweite Breite 118 sind durch die erste Ausnehmungen 110 gleichmäßig unterteilt, so daß Stege 1 14 eine rippenartige Form aufweisen, wobei die erste Ausnehmuπgen 1 10 zwischen zwei benachbarten Stegen 1 14 eine fünfte Breite 130 hat, die um einen kleinen Betrag größer ist als die Stegdicke 122 der Stege 114. Ein rippenartiger Steg 114 der Stegdicke 122 könnte sich also gerade in x- Richtung in eine erste Ausnehmungen 1 10 der Breite BQ hineinbewegen.In all sketches, the transport tube 52 has first recesses 110 in the x-axis direction and second recesses 112 in the y-axis direction on its outer lateral surface. The webs 114 formed by the first and second recesses 110, 112 together form the holding structure 54. The second recesses 112 are arranged parallel to the central axis of the transport tube 52 and have the first width 116. The second width 118 determined by the second recess 112 are evenly subdivided by the first recesses 110 so that webs 114 have a rib-like shape, the first recess 110 between two adjacent webs 114 having a fifth width 130 which is a small amount greater than the web thickness 122 of the webs 114 A rib-like web 114 of web thickness 122 could therefore move straight into the x direction into a first recesses 110 of the width BQ.
In diesem Beispiel sind genau zwei Stegreihen mit jeweils acht solcher rippenartiger Stege 1 14 gezeigt. Jede der rippenartigen Stege 114 weist abgerundete Kanten, in dieser Ansicht die Ecken der Stege 114, auf. Die erste Breite 116 der zweite Aus- nehmungen 112 ist um einen kleinen Betrag größer als die zweite Breite 1 18 der Stege 114. Ein Objekt der zweiten Breite 118 kann also gerade in einer zweite Ausnehmungen 112 in y - Richtung bewegen.In this example, exactly two rows of webs, each with eight such rib-like webs 114, are shown. Each of the rib-like webs 114 has rounded edges, in this view the corners of the webs 114. The first width 116 the second extension Recesses 112 is a small amount larger than the second width 118 of the webs 114. An object of the second width 118 can therefore just move in a second recesses 112 in the y direction.
Das Strukturelement 58 des Ankerringes 62 weist einen gleichartigen Aufbau seiner Gegenstruktur auf, mit gleichen Abmessungen wie die Elemente der Haltestruktur 54 des Transportrohrs 52, wobei zwei Längsnuten 124,125 in y- Richtung die vierte Breite 126 haben, die der ersten Breite 116 entspricht, wobei die Strukturelementstege 128 die fünfte Breite 130 haben, die der zweiten Breite 1 18 entsprechen, wobei die Strukturelementstege 128 die Strukturelementstegdicke 132 haben, die der Stegdicke 122 entspricht, und wobei eine Quernute 136 eine sechste Breite 134 aufweist, die dementsprechend gleich mit der dritten Breite 120 ist. Je Stegreihe acht Stege 114 beziehungsweise Strukturelementstege 128 dargestellt. Zur besseren Unterscheidung zwischen den Stegen 114 und den Strukturelementstegen 128 sind die Schnittflächen der Strukturelementstege 128 homogen dunkel dargestellt.The structural element 58 of the anchor ring 62 has a similar structure to its counter-structure, with the same dimensions as the elements of the holding structure 54 of the transport tube 52, two longitudinal grooves 124, 125 in the y direction having the fourth width 126, which corresponds to the first width 116, the Structural element webs 128 have the fifth width 130, which correspond to the second width 118, the structural element webs 128 have the structural element web thickness 132, which corresponds to the web thickness 122, and wherein a transverse groove 136 has a sixth width 134, which is accordingly equal to the third width 120 is. Eight webs 114 or structural element webs 128 are shown for each row of webs. For a better distinction between the webs 114 and the structural element webs 128, the cut surfaces of the structural element webs 128 are shown in a homogeneously dark manner.
Die Fig. 5 A dient als Ausgangsposition zur Beschreibung des Verfahren. Die Darstellung des Strukturelements 58 beginnt im Nullpunkt des Koordinatensystems derart, daß eine Reihe der Strukturelementstege 128 mit ihren jeweils linken Begrenzungen die y- Achse sowie der unterste der Strukturelementstege 128 mit seiner unteren Begrenzung die x- Achse gerade berührt, wobei die längeren Seiten der Strukturelementstege 128 parallel zur x Achse sind.5 A serves as the starting position for describing the method. The representation of the structural element 58 begins at the zero point of the coordinate system in such a way that a row of the structural element webs 128 with their respective left boundaries just touches the y-axis and the lowest of the structural element webs 128 with its lower boundary just touches the x-axis, the longer sides of the structural element webs 128 are parallel to the x axis.
Die der y- Achse nähere Reihe von Stegen 1 14 ist mittig in der Längsnut 124 zwischen den beiden Reihen der Strukturelementstege 128 angeordnet. Die Stege 1 14 sowie die Strukturelementstege 128 sind in y- Richtung gesehen so gegeneinander versetzt, daß die Strukturelementstege 128 genau in Höhe der ersten Ausnehmungen 1 10 sind. Die zwei der Stege 114, die am nähesten zur x Achse sind, beginnen gerade in einer Entfernung von einer dritten Breite 120 zur x- Achse in positiver y- Richtung versetzt.The row of webs 114 closer to the y axis is arranged centrally in the longitudinal groove 124 between the two rows of structural element webs 128. The webs 114 and the structural element webs 128 are offset from one another in the y direction so that the structural element webs 128 are exactly at the level of the first recesses 110. The two of the webs 114, which are closest to the x axis, start offset at a distance of a third width 120 from the x axis in the positive y direction.
Erfindungsgemäß wird der Ankerring und damit die Gegenstruktur um einen bestimmten Winkel, beispielsweise um 5°, um seine Achse gedreht. Diese Richtung soll die positive Drehrichtung sein. In der gezeigten Abwicklungsansicht entspricht diese Drehung einer Verschiebung der Gegenstruktur des Ankerrings um einen bestimmten Betrag in positiver x- Achsenrichtung, also der radialen Richtung.According to the invention, the anchor ring and thus the counter structure is rotated about its axis by a certain angle, for example by 5 °. This direction should be the positive direction of rotation. Corresponds in the development view shown this rotation of a displacement of the counter structure of the anchor ring by a certain amount in the positive x-axis direction, that is to say the radial direction.
Die Fig. 5 B zeigt das Ergebnis der beschrieben Verschiebung, die als erster Bewegungspfeil 138 dargestellt ist. Die Strukturelementstege 128 stehen vollständig im Eingriff zwischen den Stegen 1 14, also genau jeweils in einer der ersten Ausnehmungen 110. Nur die zwei der Strukturelementstege 128, die am nähesten zur x- Achse sind, grenzen an keinen Steg 1 14 auf Ihrer Seite, die zur x- Achse weist. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung ist eine Art Verzahnung geschaffen, bei der in dieser Position das Strukturelement 58 sowie die Halteslruktur 54 so ineinandergreifen, daß axiale Kräfte, also in y- Achsenrichtuπg wirkende Kräfte, von dem Strukturelemeπt 58 auf die Haltestruktur oder umgekehrt übertragen werden. Die Längsnuten 124, 125 sind vollständig frei von Stegen 114.5B shows the result of the described shift, which is shown as the first movement arrow 138. The structural element webs 128 are completely in engagement between the webs 114, that is to say in each case in one of the first recesses 110. Only the two of the structural element webs 128 that are closest to the x-axis do not border on any web 114 on your side that points to the x-axis. This arrangement according to the invention creates a type of toothing in which, in this position, the structural element 58 and the holding structure 54 engage in one another such that axial forces, that is to say forces acting in the y-axis direction, are transmitted from the structural element 58 to the holding structure or vice versa. The longitudinal grooves 124, 125 are completely free of webs 114.
Nun wird das Strukturelemeπt 58 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vom bidirektionale linearen Magnetantrieb um einen Bewegungsschritt in y- Achsenrichtung bewegt. Damit wird letztlich auch der Schubkörper, hier im Beispiel das Transportrohr 52 in Richtung der y - Achse bewegt.The structural element 58 is now moved by the bidirectional linear magnetic drive by one movement step in the y-axis direction according to the inventive method. Ultimately, this also moves the thrust body, here the transport tube 52 in the example in the direction of the y axis.
Die Fig. 5C zeigt die Position von Strukturelement 58 und Haltestruktur 54 nach diesem Bewegungsschritt, der als zweiter Bewegungspfeil 140 dargestellt ist. Das Strukturelement 58 ist um die Summe aus der dritten Breite 120 sowie der Stegdicke 122 bewegt worden. Die mit dem Strukturelement 58 im Eingriff stehende Haltestruktur 54 ist demgemäß ebenfalls um den gleichen Betrag mit bewegt worden. Entsprechend vergrößert hat sich damit auch der Abstand zwischen der x- Achse und den untersten der Stege 114.5C shows the position of structural element 58 and holding structure 54 after this movement step, which is shown as second movement arrow 140. The structural element 58 has been moved by the sum of the third width 120 and the web thickness 122. The holding structure 54 which is in engagement with the structural element 58 has accordingly also been moved by the same amount. The distance between the x-axis and the lowest of the webs 114 has also increased accordingly.
Verfahrensgemäß wird die erreichte axiale Position der Haltestruktur 54 nun durch wenigstens eine Raste gesichert, unter der auch eine Sperrvorrichtung, ein Riegel und eine ähnliche Vorrichtung verstanden werden kann, die jedenfalls verhindert, daß die einmal erreichte Position in y- Richtung verlassen wird, und die so mit der Haltestruktur 54 oder dem Schubkörper, also in dem gewählten Beispiel dem Transportrohr 52, verbunden ist, daß die Kräfte, welche die Haltestruktur 54 in die Aus- gangsposition zurückstellen würden, an die Raste weitergeleitet sind. Die Raste kann diese eingeleiteten Kräfte an beispielsweise das äußere Rohr 44 und / oder das innere Rohr 46 weiterleiten und sich sozusagen dort abstützen. Die Raste oder Sperrvorrichtung ist in dieser Fig. jedoch nicht gezeigt.According to the method, the achieved axial position of the holding structure 54 is now secured by at least one catch, which can also be understood to mean a locking device, a bolt and a similar device which in any case prevents the position once reached from being left in the y direction, and the is connected to the holding structure 54 or the thrust body, that is to say the transport tube 52 in the selected example, in such a way that the forces which the holding structure 54 exerts into the would reset gear position to which detents are forwarded. The catch can transmit these forces introduced to, for example, the outer tube 44 and / or the inner tube 46 and can be supported there, so to speak. However, the catch or locking device is not shown in this figure.
Die Haltestruktur 54 trägt also eventuell vorhandene Rückstellkräfte über der Raste ab und kann nicht wieder in die vorherige Position zurück bewegt werden.The holding structure 54 therefore removes any restoring forces that are present above the catch and cannot be moved back into the previous position.
In dem nun folgenden Verfahrensschritt wird das Strukturelement 58 um den bestimmten Winkel zurück, also beispielsweise um die 5°in die negative Drehrichtung gedreht.In the method step that now follows, the structural element 58 is rotated back by the specific angle, that is to say, for example, by 5 ° in the negative direction of rotation.
Die Fig. 5D zeigt die Lage der Stege 114 sowie der Strukturelementstege 128 nach diesem Zurückdrehen, das durch den dritten Bewegungspfeil 142 dargestellt ist. Die Gegenstruktur ist in Richtung der x- Achse genau in seine Ausgangsposition zurück bewegt, also berühren die Strukturelementstege 128 der linke Reihe gerade mit ihren äußersten linken Rändern die y- Achse. Die Lage der Strukturelementstege 128 in y- Richtung ist wie in Figur 5C. Insgesamt befindet sich das Strukturelement 58 wiederum in den Längsnuten der Haltestruktur 54 und ist damit frei bewegbar in Richtung der Längsnut, also der y- Richtung. Die Position der Haltestruktur 54 ist unverändert so, wie in Fig. 5C beschrieben.5D shows the position of the webs 114 and of the structural element webs 128 after this turning back, which is represented by the third movement arrow 142. The counter-structure is moved exactly back to its starting position in the direction of the x-axis, so the structural element webs 128 of the left row just touch the y-axis with their extreme left edges. The position of the structural element webs 128 in the y direction is as in FIG. 5C. Overall, the structural element 58 is in turn located in the longitudinal grooves of the holding structure 54 and is thus freely movable in the direction of the longitudinal groove, that is to say the y direction. The position of the holding structure 54 is unchanged as described in FIG. 5C.
Da das Strukturelement 58 sowie die Haltestruktur 54 jetzt Ineinandergreifen wieder gelöst haben, wird das Strukturelement durch den Ankerring des bidirektionalen linearen Magnetantriebs in den Längsnuteπ der Haltestruktur 54 nach unten, also in negative y- Richtung bewegt, bis in deren Ausgangsposition gemäß Fig. 5A erreicht ist.Since the structural element 58 and the holding structure 54 have now disengaged again, the structural element is moved downward in the longitudinal groove of the holding structure 54 by the anchor ring of the bidirectional linear magnetic drive, that is to say in the negative y direction, until it reaches its starting position according to FIG. 5A is.
In Fig. 5E zeigt die Position des Strukturelements 58 sowie der Haltestruktur 54, wobei der soeben beschriebenen Verfahrensschritt durch einen vierten Bewegungspfeil 144 angedeutet ist. Das Strukturelement 58 ist in seiner Ausgangsposition, wie in Fig. 5A .beschrieben, und damit wieder in der Position, in der das Verfahren wieder mit seinem ersten Verfahrensschritt beginnen kann. Die Haltestruktur 54 ist im Vergleich zur der in Fig. 5A beschrieben Position um genau die eine Stegdicke 122 so- wie einer dritten Breite 1 0 in positiver y- Achsenrichtung verschoben im Vergleich zu dessen Ausgangsposition gemäß Fig. 5A. Dieses Maß entspricht genau der Länge eines Bewegungsschrittes des bidirektionalen linearen Magnetantriebes. Die Strukturelementstege 128 sowie die Stege 114 sind demnach wiederum so gegeneinander versetzt, daß sich die Stege 114 genau in Höhe der Quernuten 136 befinden.FIG. 5E shows the position of the structural element 58 and of the holding structure 54, the method step just described being indicated by a fourth movement arrow 144. The structural element 58 is in its starting position, as described in FIG. 5A, and thus again in the position in which the method can start again with its first method step. The holding structure 54 is exactly one web thickness 122 in comparison to the position described in FIG. 5A. like a third width 1 0 shifted in the positive y-axis direction compared to its starting position according to FIG. 5A. This measure corresponds exactly to the length of a movement step of the bidirectional linear magnetic drive. The structural element webs 128 and the webs 114 are accordingly in turn offset from one another in such a way that the webs 114 are exactly at the level of the transverse grooves 136.
Erfindungsgemäß kann nun wiederum die Drehbewegung um den bestimmten Winkel erfolgen. Das Strukturelement 58 dreht verfahrensgemäß in die Haltestruktur 54 ein. Beide Strukturen stehen damit wieder im Eingriff.According to the invention, the rotary movement can now again take place by the specific angle. The structural element 58 rotates into the holding structure 54 according to the method. Both structures are now involved again.
In Fig. 5F wird die Position des Strukturelements 58 sowie der Haltestruktur 54 nach dem eben beschriebenen Bewegungsschritt, der durch einen fünften Bewegungspfeil 146 angedeutet ist. Im wesentlichen gleicht die Skizze daher der Fig. 5B allerdings mit dem Unterschied, daß die Haltestruktur 54 um die Länge eines Bewegungsschrittes nach oben, in y- Achsenrichtung versetzt ist.5F shows the position of the structural element 58 and of the holding structure 54 after the movement step just described, which is indicated by a fifth movement arrow 146. The sketch is therefore essentially the same as that of FIG. 5B with the difference that the holding structure 54 is offset in the y-axis direction by the length of one movement step.
Bei jedem Durchlauf aller Arbeitsschritte des Verfahrens rückt die Haltestruktur 54 und damit der Schubkörper, um genau einen Bewegungsschritt in y- Achsenrichtung vor, solange bis beispielsweise eine zuvor bestimmte Anzahl von Zyklen des Verfahrens durchlaufen sind und daher der Schubkörper um genau die Länge, die dem Maß von der bestimmten Anzahl von Bewegungsschritten entspricht, verschoben ist. Beispielsweise zählt ein Schrittzähler jeden Zyklus des Verfahrens und beendet den Vorschub nach einer vorgegebenen Schritt- bzw. Zyklenzahl.Each time all steps of the method are run through, the holding structure 54 and thus the thrust body advances by exactly one movement step in the y-axis direction until, for example, a predetermined number of cycles of the method have been completed and therefore the thrust body by exactly the length that is required Measure of the certain number of movement steps corresponds to is shifted. For example, a step counter counts each cycle of the method and ends the feed after a predetermined number of steps or cycles.
In Fig. 6 ist eine dreidimensionale Ansicht auf einen zweiten Aktor eines Rastenelements 150, schräg in ein kreisförmiges Rohrabschnittsende 154 eines äußeren Rohrabschnitts 152 gezeigt, wobei dieser das Rastenelement 150 in seiner radialen Ausdehnung als Umhüllung begrenzt.. Am sichtbaren Rohrabschnittsende 1 54 sind sechs Abstützelemente 156 einer äußeren AbStützung, gleichmäßig über den Umfang des Rohrabschnittsendes 150 verteilt. Diese Abstützelemente 156 weisen eine Breite von ca. 20° des Kreisbogens auf und sind in ihrem äußeren Radius auf den lichten Durchmesser des äußeren Rohrabschnittes 152 begrenzt und befinden sich mit ca. einer Hälfte ihrer Länge, d.h. ihrer Ausdehnung in axialer Richtung des äußeren Rohrabschnitts 152, innerhalb des äußeren Rohrabschnitts 152. Die andere Hälfte steht über die gedachte Stirnfläche des äußeren Rohrabschnitts 152 vor. Ungefähr mittig in den Seitenteilen der Abstützelemente 156 sind Ausnehmungen angebracht, die so angeordnet sind, daß ein ringförmiger Magnetkern 158 durch jede der Ausnehmungen durchgreift, und damit die Abstützelemente 156 auf dem Magnetkern 158 gleichmäßig verteilt sind. Im Zwischenraum zwischen jeweils zwei benachbarten Abstützelementen 156 ist auf dem dort vorhanden Teilbereich des Magnetkerns 158 jeweils eine rohrbogenförmige Spule 160 angeordnet, die in dieser Ansicht an die linke Seite des Rechten der benachbarten Abstützelemente 156 berührt sowie bis auf einen Abstand von ca. 5° des Kreisbogens an den Linken der benachbarten Abstützelemente heranreicht. Genau um diese 5° können die Spulen, die zusammen mit dem Magnetkern 158 einen magnetischen Antrieb bilden, die auf dem Magnetkern 158 befindlichen Abstützelemente 156 mit bewegen. Die Abstützelemeπte 156 weisen weiterhin jeweils eine äußere Abstützfläche 162 auf, die plan ist, am äußeren radialen Bereich des Abstützelements 156 beginnt sowie auf der dem äußeren Rohrabschnitt 152 abgewandten Seite angeordnet ist. Auf der dem äußeren Rohranschnitt 152 zugewandten Seite der Abstützelemente 156, damit aufgrund der Position derselben bereits im Innern des äußeren Rohranschnitts 152 befindlich, ist jeweils eine innere Abstützfläche 164 angeordnet, die plan ist sowie mit der Stirnfläche einer Mutter 166 in Berührung steht. Die Mutter 166 weist ein Innengewinde auf, das parallel zur axialen Richtung des äußeren Rohrabschnitts 152 verlaufende Längsnuten aufweist, und das es dadurch ermöglicht, einen Schubkörper dort einzuschrauben, aber auch dieses Rastenelement 150 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwenden.6 shows a three-dimensional view of a second actuator of a catch element 150, obliquely into a circular pipe section end 154 of an outer pipe section 152, the latter limiting the catch element 150 in its radial extent as a sheathing. At the visible pipe section end 1 54 there are six support elements 156 of an outer support, evenly distributed over the circumference of the pipe section end 150. These support elements 156 have a width of approximately 20 ° of the circular arc and are limited in their outer radius to the inside diameter of the outer tube section 152 and are located with approximately one half of its length, ie its extension in the axial direction of the outer pipe section 152, inside the outer pipe section 152. The other half projects beyond the imaginary end face of the outer pipe section 152. Recesses are arranged approximately centrally in the side parts of the support elements 156 and are arranged in such a way that an annular magnetic core 158 extends through each of the recesses, and thus the support elements 156 are evenly distributed on the magnetic core 158. In the space between each two adjacent support elements 156, a tubular arc-shaped coil 160 is arranged on the partial area of the magnetic core 158 there, which in this view touches the left side of the right of the adjacent support elements 156 and up to a distance of approximately 5 ° Circular arc on the left of the adjacent support elements. The coils, which together with the magnetic core 158 form a magnetic drive, can also move the support elements 156 located on the magnetic core 158 at exactly this 5 °. The support elements 156 furthermore each have an outer support surface 162 which is flat, begins at the outer radial region of the support element 156 and is arranged on the side facing away from the outer tube section 152. On the side of the support elements 156 facing the outer pipe section 152, so that due to the position thereof, is already located inside the outer pipe section 152, an inner support surface 164 is arranged which is flat and is in contact with the end face of a nut 166. The nut 166 has an internal thread, which has longitudinal grooves running parallel to the axial direction of the outer tube section 152, and which thereby makes it possible to screw in a thrust body there, but also to use this catch element 150 for carrying out the method according to the invention.
Die Fig. 7 zeigt die Ansicht auf einen Längsschnitt durch eine beispielhafte erfindungsgemäße Anordnung 168 eines bidirektionalen Magnetantriebs. In dieser Ansicht ist eine Symmetrielinie 170 zu erkennen, welche diese Ansicht in zwei Hälften unterteilt, von denen eine Hälfte vollständig gezeigt ist. Ausgehend von der Symmetrielinie 170 ist um ein Rohr 172 ein Gewinderohr 174 einer ersten Länge 176 angeordnet. Im Abstand von ca. der Hälfte des Radius des Gewinderohrs 174 von dessen Rändern beginnend, weist das Gewinderohr 174 eine Oberflächenstruktur 178 auf, die in paralleler Richtung zur Symmetrielinie 170 verlaufenden Ausπehmungen, die dargestellt sind, sowie gewindeförmigen Ausnehmungen haben, die zwecks Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.FIG. 7 shows the view of a longitudinal section through an exemplary arrangement 168 of a bidirectional magnetic drive according to the invention. In this view, a line of symmetry 170 can be seen which divides this view into two halves, one half of which is shown completely. Starting from the line of symmetry 170, a threaded tube 174 of a first length 176 is arranged around a tube 172. At a distance of approximately half the radius of the threaded tube 174 starting from its edges, the threaded tube 174 has a surface structure 178, have the recesses, which are parallel to the line of symmetry 170, which are shown, as well as thread-like recesses, which are not shown for the sake of clarity.
Um das Gewinderohr 174 ist ein erfindungsgemäßer Antrieb 180 angeordnet, der im wesentlichen einen in einem zirkumferalen Ringraum zwischen einem rohrförmigen, äußeren Gehäuse 182 sowie dem Gewinderohr 174 angeordnet ist. Der Aufbau des Antriebs 180 ist symmetrisch von den Stirnflächen des Äußeren Gehäuses 182 aus gesehen. Von einer Stirnfläche 184 aus gesehen wird der Ringspalt zwischen äußerem Gehäuse 182 und dem Gewinderohr 174 durch einen ringförmigen Deckel 186 nahezu vollständig verschlossen. An der Berührstelle zwischen dem Deckel 186 sowie dem äußern Gehäuse 182 ist ein Abstützring 188 angeordnet. Der symmetrisch angeordnete zweite Abstützring auf der anderen Symmetrieseite des Antriebs 180 ist als Spannring ausgebildet, um die zwischen den beiden Abstützringen befindlichen Bauelemente zusammen zu spannen.A drive 180 according to the invention is arranged around the threaded pipe 174 and is essentially arranged in a circumferential annular space between a tubular outer housing 182 and the threaded pipe 174. The structure of the drive 180 is seen symmetrically from the end faces of the outer housing 182. Seen from an end face 184, the annular gap between the outer housing 182 and the threaded tube 174 is almost completely closed by an annular cover 186. A support ring 188 is arranged at the contact point between the cover 186 and the outer housing 182. The symmetrically arranged second support ring on the other side of the symmetry of the drive 180 is designed as a clamping ring in order to clamp the components located between the two support rings together.
Den Abstützring 188 berührend ist ein Verbindungselement 190 angeordnet, das in dieser Ansicht in wesentlichen u- förmig ist, wobei die offene Seite zum Gewinderohr 174 zugewandt ist. Auf der Innenseite des dem Abstützring zugewandten Schenkels des Verbindungselements ist ein Sperrenelement 192 angeordnet, das als Raste für eine Bewegungsrichtung des Gewinderohrs 174 dient, beispielsweise als Rücklaufsperre. Das symmetrisch vorhandene zweite Sperrenelement ist als Raste für die entgegengesetzte Bewegungsrichtung des Gewinderohrs 174 vorgesehen, demgemäß im Beispiel als Vorlaufsperre. Im wesentlichen entspricht der Aufbau des Sperrenelements 192 sowie des zweiten Sperrenelements der Spule 160 auf dem Magnetkern 158 aus Fig.6.A contact element 190 is arranged in contact with the support ring 188 and in this view is essentially U-shaped, the open side facing the threaded tube 174. On the inside of the leg of the connecting element facing the support ring, a locking element 192 is arranged, which serves as a catch for a direction of movement of the threaded tube 174, for example as a backstop. The symmetrically present second locking element is provided as a detent for the opposite direction of movement of the threaded tube 174, accordingly in the example as an advance lock. The structure of the locking element 192 and the second locking element corresponds essentially to the coil 160 on the magnetic core 158 from FIG. 6.
Auf der Außenseite des dem Abstützring 188 abgewandten Schenkels des Verbindungselements 190 schließt ein Aktorenbauteil 194 an. In Kenntnis des prinzipiellen Aufbaus des Aktorsl 1 gemäß Fig. 2 sind dessen Einzelelemente in dem Aktorenbauteil 194 funktional wieder zu erkennen, ein Spulenelement 196 entspricht einem der Spulen 72 bis 75, ein Permanentmagnetelement 198 entspricht einem Permanentmagnetring 68 oder 69, ein Ankerelement 200 entspricht dem Ankerring 62 und ein Jochelement 202 entspricht dem Jochring 60.An actuator component 194 connects to the outside of the leg of the connecting element 190 facing away from the support ring 188. Knowing the basic structure of the actuator 1 according to FIG. 2, its individual elements can be functionally recognized in the actuator component 194, a coil element 196 corresponds to one of the coils 72 to 75, a permanent magnet element 198 corresponds to a permanent magnet ring 68 or 69, an armature element 200 corresponds to this Anchor ring 62 and a yoke element 202 correspond to yoke ring 60.
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Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Antrieb eines Schubkörpers (100) mittels eines bidirektionalen linearen Magnetantriebes (180) mit wenigstens je einem ersten (11 , 12, 13, 14) und einem zweiten Aktor, wobei der wenigstens eine erste Aktor (11 , 12, 13, 14) mit wenigstens einer Spule (72, 73, 74, 75) und einem Joch (20, 60) versehen ist und mit wenigstens einem Ankerring (22, 62) zusammenarbeitet, der den Schubkörper (100) alternierend beaufschlagt, indem der Schubkörper (100) von dem wenigstens einen Ankerring (22, 62), der von dem hieran angreifenden wenigstens einen zweiten Aktor gedreht wird, axial verschoben wird und anschließend örtlich fixiert wird, wobei der Schubkörper (100) auf diese Weise schrittweise soweit verschoben wird, bis dieser seine jeweilige Endposition erreicht hat.1. Method for driving a thrust body (100) by means of a bidirectional linear magnetic drive (180) with at least one first (11, 12, 13, 14) and one second actuator, the at least one first actuator (11, 12, 13, 14) is provided with at least one coil (72, 73, 74, 75) and a yoke (20, 60) and cooperates with at least one anchor ring (22, 62) which acts alternately on the thrust body (100) by the thrust body ( 100) is axially displaced by the at least one anchor ring (22, 62), which is rotated by the at least one second actuator acting thereon, and is then fixed locally, the thrust body (100) being displaced step by step in this way until the latter has reached its respective end position.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerring (22, 62) oder der wenigstens eine zweite Aktor mit einer Rastvorrichtung (104) derart zusammenarbeitet, daß der Schubkörper (100) wenigstens dann durch die Rastvorrichtung (104) örtlich fixiert wird, wenn der Ankerring (22, 62) den Schubkörper (100) nicht beaufschlagt.2. The method according to claim 1, characterized in that the anchor ring (22, 62) or the at least one second actuator cooperates with a locking device (104) such that the thrust body (100) is at least then locally fixed by the locking device (104) when the anchor ring (22, 62) does not act on the thrust body (100).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastvorrichtung (104) wenigstens eine Drehbewegung ausführt, um den Schubkörper (100) zeitweise örtlich zu fixieren.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the latching device (104) carries out at least one rotary movement in order to temporarily fix the thrust body (100) locally.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastvorrichtung (104) durch wenigstens einen dritten Aktor bewegt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the latching device (104) is moved by at least a third actuator.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubkörper (100) von dem wenigstens einen ersten Aktor (1 1 , 12, 13, 14) formschlüssig beaufschlagt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thrust body (100) by the at least one first actuator (1 1, 12, 13, 14) is positively acted upon.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Ankerring (22, 62) mit dem Schubkörper (100) zusammen- arbeitet, indem der wenigstens eine Ankerring (22, 62) in eine Drehrichtung um die Längsachse gedreht wird, und daß die Rastvorrichtung (104) eine Verrastung herbeiführt, welche den Schubkörper (100) jeweils solange lagefixiert, bis der wenigstens eine erste Aktor (11 , 12, 13, 14) erneut den Schubkörper (100) beaufschlagt.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one anchor ring (22, 62) with the thrust body (100) together works by rotating the at least one anchor ring (22, 62) in one direction of rotation about the longitudinal axis, and that the latching device (104) brings about a latching which fixes the thrust body (100) in each case until the at least one first actuator (11 , 12, 13, 14) again the thrust body (100).
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Ankerring (22, 62) mit dem Schubkörper (100) zusammenarbeitet, indem der wenigstens eine Ankerring (22, 62) alternierend in die Drehrichtungen um die Längsachse gedreht wird, und daß die Rastvorrichtung (104) eine Verrastung herbeiführt, welche den Schubkörper (100) jeweils solange iagefixiert, bis der wenigstens eine erste Aktor (11 , 12, 13, 14) erneut den Schubkörper (100) beaufschlagt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one anchor ring (22, 62) cooperates with the thrust body (100) by rotating the at least one anchor ring (22, 62) alternately in the directions of rotation about the longitudinal axis, and that the latching device (104) brings about a latching which fixes the thrust body (100) until the at least one first actuator (11, 12, 13, 14) again acts on the thrust body (100).
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das schrittweise Verschieben des Schubkörpers (100) dann beendet wird, wenn eine bestimmte Anzahl von Verschiebeschritten erreicht oder wenn durch ein Signal die Abschaltung bewirkt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the gradual displacement of the thrust body (100) is then ended when a certain number of displacement steps is reached or when a signal is used to switch off.
9. Anordnung zur Durchführung des Verfahren zum Antrieb eines Schubkörpers (100) durch einen bidirektionalen linearen Magnetantrieb (180) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der bidirektionale lineare Magnetantrieb (180) wenigstens je einen ersten (11 , 12, 13, 14) und einen zweiten Aktor aufweist, wobei der wenigstens eine erste Aktor (1 1 , 12, 13, 14) wenigstens ein Joch (20, 60), wenigstens eine Spule (72, 73, 74, 75) sowie wenigstens einen Ankerring (22, 62) hat und zur im wesentlichen axialen Bewegung des Schubkörpers (100) vorgesehen ist, wobei der Abstand zwischen dem wenigstens einen Joch (20, 60) und dem wenigstens einen Ankerring (22, 62) als aktiver Luftspalt (24, 64, 65) ausbildet ist, wobei der wenigstens eine Ankerring (22, 62) zur Zusammenarbeit mit dem Schubkörper (100) vorgesehen ist, wobei der wenigstens zweite Aktor wenigstens zur Drehung des wenigstens einen Ankerrings (22, 62) vorgesehen ist, und wobei eine Rastvorrichtung (104, 192) zur zeitweisen Fixierung des Schubkörpers (100) vorgesehen ist. 9. Arrangement for performing the method for driving a thrust body (100) by a bidirectional linear magnetic drive (180) according to any one of the preceding claims, wherein the bidirectional linear magnetic drive (180) at least one first (11, 12, 13, 14) and has a second actuator, the at least one first actuator (1 1, 12, 13, 14) at least one yoke (20, 60), at least one coil (72, 73, 74, 75) and at least one armature ring (22, 62 ) and is provided for the essentially axial movement of the thrust body (100), the distance between the at least one yoke (20, 60) and the at least one anchor ring (22, 62) being an active air gap (24, 64, 65) wherein the at least one anchor ring (22, 62) is provided for cooperation with the thrust body (100), the at least second actuator being provided at least for rotating the at least one anchor ring (22, 62), and wherein a latching device (104, 192) temporarily n fixation of the thrust body (100) is provided.
10. Anordnung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine erste Aktor (11 , 12, 13, 14) wenigstens zwei Permanentmagnete (68, 69, 198) aufweist, wobei die Permanentmagnete (68, 69, 198) die instabile magnetische Ein- spannung des wenigstens einen Ankerrings (22, 62) bewirken.10. The arrangement according to claim 9, characterized in that the at least one first actuator (11, 12, 13, 14) has at least two permanent magnets (68, 69, 198), the permanent magnets (68, 69, 198) being the unstable magnetic Clamp the at least one anchor ring (22, 62).
11. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Schubkörpers (100) im Bereich der dem wenigstens einen Ankerring (22, 62) zugewandten Fläche zumindest teilweise mit einer Haltestruktur (54) versehen ist, und daß der wenigstens eine Ankerring (22, 62) an der dem Schubkörper zugewandten Fläche mit einer zur Haltestruktur (54) kompatiblen Gegenstruktur versehen ist, die sich durch Verdrehen um die Längsachse des Ankerringes (22, 62, 200) in die Haltestruktur (54) einfügt.11. Arrangement according to one of claims 9 or 10, characterized in that the surface of the thrust body (100) in the region of the at least one anchor ring (22, 62) facing surface is at least partially provided with a holding structure (54), and that at least one anchor ring (22, 62) is provided on the surface facing the thrust body with a counter structure that is compatible with the holding structure (54) and that fits into the holding structure (54) by rotating about the longitudinal axis of the anchor ring (22, 62, 200).
12. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Schubkörper (100) eine zylindrische oder stößelartige Grundform aufweist.12. Arrangement according to one of claims 9 to 11, characterized in that the thrust body (100) has a cylindrical or plunger-like basic shape.
13. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubkörper (100) ein ringförmige oder rohrförmige Grundform aufweist ist.13. Arrangement according to one of claims 9 to 12, characterized in that the thrust body (100) has an annular or tubular basic shape.
14. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestruktur (54) erste Ausnehmungen in achsparalleler Richtung des Schubkörpers (100) aufweist, die eine entsprechende Bewegung des wenigstens einen Ankerrings (22, 62, 200) ermöglichen, und daß die Haltestruktur (54) zweite Ausnehmungen in radialer Richtung des Schubkörpers (100) aufweist, die eine entsprechende Drehbewegung des wenigstens einen Ankerrings (22, 62, 200) ermöglichen.14. Arrangement according to one of claims 11 to 13, characterized in that the holding structure (54) has first recesses in the axis-parallel direction of the thrust body (100), which allow a corresponding movement of the at least one anchor ring (22, 62, 200), and that the holding structure (54) has second recesses in the radial direction of the thrust body (100), which enable a corresponding rotary movement of the at least one anchor ring (22, 62, 200).
15. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestruktur (54) Ausnehmungen aufweist, die im wesentlichen wendelför- mig sind, die eine kombinierte axial - radiale Bewegung des Ankerrings (22, 62, 200) ermöglichen. 15. Arrangement according to one of claims 11 to 14, characterized in that the holding structure (54) has recesses which are substantially helical, which allow a combined axial-radial movement of the anchor ring (22, 62, 200).
16. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen Nuten, Schlitze oder gewindeartig sind.16. Arrangement according to one of claims 11 to 15, characterized in that the recesses are grooves, slots or thread-like.
17. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Haltestruktur (54) aus Edelstahl gefertigt ist.17. Arrangement according to one of claims 11 to 16, characterized in that at least the holding structure (54) is made of stainless steel.
18. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstruktur so auf die Haltestruktur (54) angepaßt ist, daß sie in deren Ausnehmungen die radial oder wendeiförmig am Schubkörper (100) vorgesehen sind durch eine im wesentlichen radiale Bewegung der Gegenstruktur oder der Haltestruktur (54) eingreifen.18. Arrangement according to one of claims 11 to 17, characterized in that the counter structure is adapted to the holding structure (54) that they are provided in the recesses which are radially or helically on the thrust body (100) by a substantially radial movement of the Engage the counter structure or the holding structure (54).
19. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstruktur, insbesondere durch parallel zu Längsachse verlaufende Ausπehmungen oder Nute, so gestaltet ist, daß eine der Schubkörperachse im wesentlichen parallel verlaufende Bewegung von der Gegeπstruktur in der Haltestruktur (54) ermöglicht ist.19. Arrangement according to one of claims 11 to 18, characterized in that the counter structure, in particular by recesses or grooves running parallel to the longitudinal axis, is designed such that a movement of the counter structure in the holding structure (54) running essentially parallel to the thrust body axis. is possible.
20. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstruktur mit dem wenigstens einen Ankerring (22, 62, 200) fest verbunden oder an diesem angeformt ist.20. Arrangement according to one of claims 11 to 19, characterized in that the counter structure with the at least one anchor ring (22, 62, 200) is fixedly connected or molded onto this.
21 . Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstruktur aus Edelstahl gefertigt ist.21. Arrangement according to one of claims 11 to 20, characterized in that the counter structure is made of stainless steel.
22. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstruktur eine entsprechend bearbeitete Mutter (166) oder Reversier- mutter ist.22. Arrangement according to one of claims 11 to 21, characterized in that the counter structure is a correspondingly machined nut (166) or reversing nut.
23. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestruktur (54) sowie die Gegenstruktur radial zwischen dem wenigstens einen Ankerring (22, 62, 200) und dem Schubkörper (100) vorgesehen sind. 23. Arrangement according to one of claims 11 to 22, characterized in that the holding structure (54) and the counter structure are provided radially between the at least one anchor ring (22, 62, 200) and the thrust body (100).
24. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestruktur (54) sowie die Gegenstruktur wenigstens teilweise außerhalb des Abschnitts der Längsachse vorgesehen sind, in dem der wenigstens eine Ankerring (22, 62, 200) vorgesehen ist.24. Arrangement according to one of claims 11 to 23, characterized in that the holding structure (54) and the counter structure are at least partially provided outside the portion of the longitudinal axis in which the at least one anchor ring (22, 62, 200) is provided.
25. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß, wenigstens zwei erste Aktoren (11 , 12, 13, 14) mit je einem Ankerring (22, 62, 200) vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß sie gemeinsam Kräfte auf den Schubkörper (100) übertragen oder von diesem aufnehmen.25. Arrangement according to one of claims 11 to 24, characterized in that, at least two first actuators (11, 12, 13, 14) are provided, each with an anchor ring (22, 62, 200), which are arranged so that they jointly transmit forces to the thrust body (100) or absorb it.
26. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der bidirektionale lineare Magnetantrieb (180), der wenigstens eine zweite Aktor, der Schubkörper (100) sowie die Rastvorrichtung (104, 150) in dem Ringraum zwischen einem äußeren Rohr (44) und einem inneren Rohr (46, 92) vorhanden sind.26. Arrangement according to one of claims 11 to 25, characterized in that the bidirectional linear magnetic drive (180), the at least one second actuator, the thrust body (100) and the latching device (104, 150) in the annular space between an outer tube ( 44) and an inner tube (46, 92) are present.
27. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastvorrichtung ( 104, 150) an wenigstens einen Ankerring (22, 62, 200) gekoppelt ist und dessen Drehbewegungen entsprechend folgt oder dessen Drehbewegung als Antrieb nutzt.27. Arrangement according to one of claims 11 to 26, characterized in that the latching device (104, 150) is coupled to at least one anchor ring (22, 62, 200) and whose rotary movements follow accordingly or use the rotary movement as a drive.
28. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastvorrichtung (104, 150) an den wenigstens einen zweiten Aktor gekoppelt ist und dessen Drehbewegungen entsprechend folgt oder dessen Drehbewegung als Antrieb nutzt.28. Arrangement according to one of claims 11 to 27, characterized in that the latching device (104, 150) is coupled to the at least one second actuator and whose rotational movements follow accordingly or use the rotational movement as a drive.
29. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastvorrichtung (104, 150) wenigstens einen dritten Aktor als Antrieb aufweist.29. Arrangement according to one of claims 11 to 28, characterized in that the latching device (104, 150) has at least a third actuator as a drive.
30. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Schrittzähler zur Messung der einzelnen Vorwärts- und Rückwärtsschritte und gegebenenfalls zur Anzeige der Position des Schubkörpers (100) vorgesehen ist. 30. Arrangement according to one of claims 11 to 29, characterized in that at least one pedometer is provided for measuring the individual forward and backward steps and optionally for displaying the position of the thrust body (100).
31. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß ein linearer Wegaufnehmer zur Messung und gegebenenfalls Anzeige der Position des Schubkörpers (100) vorgesehen ist.31. Arrangement according to one of claims 11 to 30, characterized in that a linear displacement transducer for measuring and optionally displaying the position of the thrust body (100) is provided.
32. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal des Schrittzählers, des linearen Wegaufnehmers oder eines Endschalters zur Beendung der axialen Bewegung des Schubkörpers (100) vorgesehen ist.32. Arrangement according to one of claims 11 to 31, characterized in that a signal of the pedometer, the linear displacement transducer or a limit switch is provided to end the axial movement of the thrust body (100).
33. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Netzgerät zur Stromversorgung aller oder einzelner Stromverbraucher vorgesehen ist.33. Arrangement according to one of claims 11 to 32, characterized in that at least one power supply is provided for the power supply of all or individual electricity consumers.
34. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine erste Aktor (11 , 12, 13, 14) gegen die Umgebungsbedingungen gekapselt ist.34. Arrangement according to one of claims 11 to 33, characterized in that the at least one first actuator (11, 12, 13, 14) is encapsulated against the ambient conditions.
35. Anordnung gemäß Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselung eine bewegliche Dichtungswand aufweist, die entweder näherungsweise starr ist, sich aber entlang einer Führung bewegen oder gleiten kann, oder flexibel oder dehnbar ist, bis ein Druckausgleich zwischen dem Innern der Kapselung und Umgebung hergestellt ist.35. Arrangement according to claim 34, characterized in that the encapsulation has a movable sealing wall which is either approximately rigid, but can move or slide along a guide, or is flexible or stretchable until a pressure equalization between the interior of the encapsulation and the environment is made.
36. Anordnung gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung der Dichtwand gegen den Aktor oder den Schubkörper durch eine schleifende Dichtung erreicht ist.36. Arrangement according to claim 35, characterized in that the sealing of the sealing wall against the actuator or the thrust body is achieved by a sliding seal.
37. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum innerhalb der Kapselung mit einem flüssigen Medium gefüllt ist37. Arrangement according to one of claims 11 to 36, characterized in that the space within the encapsulation is filled with a liquid medium
38. Anordnung gemäß Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium hochtemperaturbeständiges Öl ist. 38. Arrangement according to claim 37, characterized in that the liquid medium is high temperature resistant oil.
39. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß als hartmagnetisches Material der Permanentmagnete ( 68, 69, 198) im bidirektionalen linearen Magnetantrieb (180) AINiCo verwendet ist.39. Arrangement according to one of claims 11 to 38, characterized in that AINiCo is used as the hard magnetic material of the permanent magnets (68, 69, 198) in the bidirectional linear magnetic drive (180).
40. Anordnung gemäß Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das hartmagnetische Material Curie- Temperaturen von wenigstens 600° C aufweist.40. Arrangement according to claim 39, characterized in that the hard magnetic material has Curie temperatures of at least 600 ° C.
41. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß als weichmagnetisches Material für den wenigstens einen Ankerring (22, 62, 200) sowie das wenigstens eine Joch aus RNi12 verwendet ist.41. Arrangement according to one of claims 11 to 40, characterized in that the soft magnetic material for the at least one anchor ring (22, 62, 200) and the at least one yoke made of RNi12 is used.
42. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerungseinrichtung zur Koordination der Verfahrensschritte vorhanden ist.42. Arrangement according to one of claims 11 to 41, characterized in that a control device for coordinating the method steps is present.
43. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß beim bidirektionalen linearen Magnetantrieb (180) über dessen gesamte axiale Ausdehnung ein erster Versorgungsbereich vorgesehen ist, durch den insbesondere Leitungen von einer einen axialen Seite zu einer zweiten axialen Seite des bidirektionalen linearen Magnetantriebs (180) durchführbar sind.43. Arrangement according to one of claims 1 1 to 42, characterized in that in the bidirectional linear magnetic drive (180) over its entire axial extent, a first supply area is provided, in particular by lines from one axial side to a second axial side of the bidirectional linear magnetic drive (180) can be carried out.
44. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Versorgungsbereich eine hohlzylinderteilförmiger Ausnehmung aus dem bidirektionalen linearen Magnetantrieb (180) ist.44. Arrangement according to one of claims 11 to 43, characterized in that the first supply area is a hollow cylindrical part-shaped recess from the bidirectional linear magnetic drive (180).
45. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (46) wenigstens im Bereich des bidirektionalen linearen Magnetantriebs (180) nicht-mittig im äußeren Rohr (44) geführt ist, und daß ein zweiter Versorgungsbereich zwischen dem äußeren Durchmesser des bidirektionalen Magnetantriebs (180) sowie dem inneren Durchmesse des äußeren Rohrs (44) vorhanden ist, durch den insbesondere Leitungen von einer axialen Seite zu einer zweiten axialen Seite des bidirektionalen linearen Magnetantriebs (180) durchführbar sind. 45. Arrangement according to one of claims 1 1 to 42, characterized in that the inner tube (46) is guided at least in the region of the bidirectional linear magnetic drive (180) off-center in the outer tube (44), and that a second supply area between the outer diameter of the bidirectional magnetic drive (180) and the inner diameter of the outer tube (44), through which in particular lines from one axial side to one second axial side of the bidirectional linear magnetic drive (180) can be carried out.
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